专利名称：金属氧化铟锡复合透明导电薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种溅射制备氧化铟锡/银/氧化铟锡多层薄膜结构透明电极的工艺。
氧化铟锡(简称ITO)是一种透明的导电玻璃材料，常用溅射方法淀积到某种衬底上成为薄膜形式而使用。通常溅射时需要给衬底基片加温到200℃左右，才能得到具有理想导电性和透光性的薄膜材料。这种加温溅射的工艺有两个弱点1.不适合柔性的有机衬底基片，因为加温会使有机的柔性基片发生挠曲和软化。2.基体温度过高会使导电玻璃薄膜表面的微观粗糙度增加，当将导电玻璃作为某些有源薄膜材料两边的平板电极使用时，容易产生局部击穿并导致器件失效。
本发明的目的是设计一种金属氧化铟锡复合透明导电薄膜及其制备方法。
本发明的金属氧化铟锡复合透明导电薄膜是氧化铟锡层与高电导率的金属层交替而成，是两层氧化铟锡层中间是金属层，该金属层包括金属合金，金属层可以是金、银、铂、铝等金属，合金可以是金银合金、金铂合金。其中氧化铟锡层厚2～100nm，金属层厚2～20nm。
经实验证明，上述中间层若是金属银，无论是在性能上还是经济上都是较适宜的，要是在银中掺入5％～10％的金，则其效果更好。如果氧化铟锡层用氧化锌铝层代替，其厚度不变，作为多层薄膜结构的透明电极，其效果也十分好。
由此看来，本发明的结构有氧化铟锡层—金属层—氧化铟锡层；氧化锌铝层—金属层—氧化锌铝层，其中金属层的金属、合金可以多种变换，制作的电极性能都十分良好。
制备工艺可采用常规的磁控溅射方法，其中氧化铟锡层的制备，采用射频磁控溅射商品氧化铟锡靶的方法，这可以在制备表面氧化铟锡层时避免反应溅射铟锡靶而造成底层银膜的氧化，确保银层的良好导电性。
整个工艺在无油的高真空溅射设备中完成，基本步骤如下1.先将溅射室及气体管道的真空度抽至工艺要求范围；2.充入高纯度的氩气作为溅射工作气体，气压在工作气压要求范围，预溅射时可适量加入氧气作为反应气体；3.交替溅射氧化铟锡层和金属层，溅射时基体旋转以保证薄膜层的均匀性；溅射时，金属层的厚度和工作气压是提高多层膜电导性和透光性的关键，工作气压低金属层的电导性较好，同时，金属层的厚度应适当控制，太厚透光性变差，太薄则导电性变差。
在我们的溅射系统中，金属层和氧化铟锡层的厚度都由晶振膜厚监控仪时监测。
上述工艺条件范围如下(1)本底真空10-4帕—10-5帕；(2)工作气压10帕—10-1帕，工作气体是氩气，溅射氧化铟锡层时加适量氧气作为反应气体；(3)溅射功率是射频靶0～1000瓦，直流靶0～500瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.01～10nm/秒，金属0.01～5nm/秒；
(5)溅射温度是0～50℃。上述工艺条件在以下工作范围内也获得更好效果(1)本底真空6.7×10-4～8.7×10-5帕；(2)工作气压1.5帕～2×10-1帕；(3)溅射功率是射频靶0～500瓦，直流靶0～250瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.05～1nm/秒，金属0.05～0.5nm/秒；(5)溅射温度是0～35℃。
本发明涉及的是一种室温条件下溅射制备氧化铟锡/金属/氧化铟锡多层薄膜结构透明电极的工艺。金属层以银层为例，这种复合结构的特点是在氧化铟锡薄膜中复合入一层极薄的银金属层，由于银具有非常优异的导电性能，且其夹在两层氧化铟锡薄膜间，因此只需数个纳米的厚度即可显著提高整个结构的电导率而避免尺寸效应对金属薄膜电导率的负面效应。由于银层很薄，其对薄膜的透光性影响并不大。而氧化铟锡薄膜作为电极的接触层，具有稳定性好的特点。本发明工艺室温下即可溅射，适合柔性衬底基片，且使制得的电极性能提高。
测试结果表明，这种氧化铟锡/银/氧化铟锡多层薄膜结构的透明电极有良好的导电性和透光性当膜层参数采用ITO(10nm)/Ag(5nm)/ITO(5nm)时，膜的透光度平均为75％，与室温下用通常方法溅射的ITO膜(100nm)相近(70％-80％)；薄层电阻为20Ω/□，比后者低50％以上；薄膜结构及电气性能稳定，与涤纶和玻璃等基片的结合牢固。实验表明，在正常的工艺条件下，该结果具有良好的重复性。氧化铟锡/银/氧化铟锡多层薄膜良好的表面微观平整度通过扫描原子力显微镜的测试得到证明，其表面平均粗糙度仅为0.8纳米/(10μm×10μm)，而高温溅射ITO薄膜的表面平均粗糙度一般在2纳米(10μm×10μm)或更高。
若用氧化锌铝与其它金属如金、铂、铝等制成的复合薄膜电极结构同样可达到上述结果。
本工艺及结构适用于各种有机薄膜发光器件和其他高温耐受性较差的薄膜发光器件的透明电极制备，具有相当的应用价值。
图1是样品ITO(10nm)/Ag(5nm)/ITO(5nm)的透光度曲线图2是金属氧化铟锡复合透明导电薄膜的表面粗糙度图3是300℃高温溅射氧化铟锡薄膜的表面粗糙度实例1溅射制备金属氧化铟锡复合透明导电薄膜射频靶——氧化铟锡，直流靶——银(1)本底真空1.7×10-4；(2)工作气压5×10-1帕；(3)溅射功率是射频靶200瓦，直流靶50瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.1nm/秒，银0.11nm/秒；(5)溅射温度是15℃。
氧化铟锡(10nm)/银(5nm)/氧化铟锡(5nm)将该薄膜作为电极用于发光器件效果良好。
实例2溅射制备金属氧化铟锡复合透明导电薄膜射频靶——氧化铟锡，直流靶——银，直流靶——金。
(1)本底真空2.7×10-4；(2)工作气压6×10-1帕；(3)溅射功率是射频靶250瓦，直流靶75瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.15nm/秒，银0.2nm/秒；金0.01nm/秒(5)溅射温度是25℃。
氧化铟锡(30nm)/银(6nm)/氧化铟锡(20nm)由于银的耐腐蚀性较差，所以在溅射银的同时溅射5％的金(共溅射)，这样制备的薄膜性能十分稳定。
权利要求
1.一种金属氧化铟锡复合透明导电薄膜的结构，是氧化铟锡层与金属层交替结构，其特征是两层氧化铟锡层中间是金属层，其中氧化铟锡层厚2～100nm，金属层厚2～20nm。
2.权利要求1的金属氧化铟锡复合透明导电薄膜的结构，其特征是两层氧化铟锡层中间是金属银层。
3.权利要求1的金属氧化铟锡复合透明导电薄膜结构，其特征是氧化铟锡层可以是氧化锌铝层代替。
4.一种金属氧化铟锡复合透明导电薄膜的制备方法，用磁控溅射方法，在两层氧化铟锡层中间复合入一层金属层，其特征是(1)本底真空10-4帕～10-5帕；(2)工作气压10帕～至10-1帕，工作气体是氩气；(3)溅射功率是射频靶0～1000瓦，直流靶0～500瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.01～10nm/秒，金属0.01～5nm/秒；(5)溅射温度是0℃～50℃；
5.权利要求4的金属氧化铟锡复合透明导电薄膜的制备方法，其特征是(1)本底真空6.7×10-4～8.7×10-5帕(2)工作气压1.5帕～2×10-1帕；(3)溅射功率是射频靶0～500瓦，直流靶0～250瓦；(4)溅射速率是氧化铟锡0.05～1nm/秒，金属0.05～0.5nm/秒；(5)溅射温度是0～35℃。
全文摘要
本发明涉及的是一种溅射制备氧化铟锡/金属/氧化铟锡多层薄膜结构透明电极的工艺。现有溅射工艺要加热,不适合有机衬底,而且基体温度过高,不利于产品性能的提高。本发明室温条件下溅射制备氧化铟锡/金属/氧化铟锡复合透明导电薄膜电极,该工艺的优点是:基片不需要加热,电极导电性好,有较好的透光性,有优良的表面平整度,薄膜电气性能稳定。该工艺适用于各种有机薄膜发光器件和其他高温耐受性较差的薄膜发光器件的透明电极制备。
文档编号C23C14/34GK1257135SQ9912571
公开日2000年6月21日 申请日期1999年12月23日 优先权日1999年12月23日
发明者龚大卫, 樊永良, 蒋最敏, 候晓远, 王迅 申请人:复旦大学