专利名称：：一种诱导结构的多层透明导电薄膜及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种导电薄膜，特别涉及一种带诱导结构的导电薄膜。技术背景透明导电氧化物薄膜具有良好的导电性能和透光性能，广泛应用于平面液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、等离子体显示(PD)以及太阳能电池、热镜、电磁屏蔽等。在相当一段时间内，In203:Sn(ITO)薄膜作为一种典型的透明导电氧化物薄膜得到了极广泛的应用，但ITO薄膜中的铟有毒，在制备和应用中对人体有害；ITO中的In203的价格昂贵，成本较高，ITO薄膜易受氢等离子体的还原作用，这些缺点在很大程度上限制了ITO薄膜的研究和应用。新型透明导电ZnO:A1(AZO)薄膜中的ZnO价格便宜，来源丰富，无毒，并且在氢等离子中稳定性要优于ITO，在很多领域具有逐步取代ITO薄膜的趋势。目前关于单层AZO薄膜制备与性能的研究较多，而关于多层AZO薄膜的研究较少，限于AZOlM(金属)IAZO的简单膜系，并且基于数值优化的设计方法比较繁杂。
发明内容本发明是针对现有ITO薄膜易受氢等离子体的还原作用和新型透明导电ZnO:A1(AZO)薄膜仅限于单层薄膜的设计，结构局限性大的问题，提出了一种诱导结构的多层透明导电薄膜及其制备方法，使其性能优越、成本低廉、设计简捷，并具有多种结构供不同应用选择。本发明的技术方案为一种诱导结构的多层透明导电薄膜，包括导电薄膜，所述导电薄膜包括入射介质、出射介质、金属层、诱导匹配层，上下依次结构为入射介质I诱导匹配层I金属层I诱导匹配层I出射介质，具有至少一层金属层，金属层之间及两侧为诱导匹配层。所述金属层为Ag或Al，单层厚度为1030nm。所述诱导匹配层为AZ0膜及电介质材料。一种诱导结构的多层透明导电薄膜的制备方法制备步骤如下1)根据要求，选择合适的膜系结构；2)确定金属层材料及最佳厚度、对应光学常数；3)根据诱导滤光片的设计方法，设计诱导匹配层，可运用薄膜设计软件进行适当优化；4)采用磁控溅射法，根据设计取用金属靶材、介质靶材和AZO陶瓷耙材，真空系统本底真空；首先射频轰击靶材以清洁靶材，然后在设定的真空度、基底温度、沉积速率下溅射不同靶材得到设计的膜系；整个溅射过程采用旋转方式，膜厚可通过基片旋转速率和旋转次数控制，或由适应震荡膜厚监控仪实时监控。本发明的有益效果在于本发明诱导结构的多层透明导电薄膜，材质环保无毒，具有多种结构供不同应用选择，克服了单层导电Zn0:A1(AZO)薄膜的设计结构局限性大，同时性能优越，成本低。图1是本发明诱导结构的多层透明导电薄膜完全匹配结构示意图；图2是本发明诱导结构的多层透明导电薄膜不完全匹配结构示意图；图3是本发明诱导结构的多层透明导电薄膜双层金属诱导结构示意图。具体实施方式诱导结构的多层透明导电薄膜的基本结构为入射介质I诱导匹配层I金属层I诱导匹配层i出射介质，选用AZ0诱导多层透明导电薄膜，具有一层或多层金属薄膜，金属膜之间及两侧为诱导匹配层。其中，金属层为Ag或A1，单层厚度为1030nm，膜层数可为一层或多层；诱导匹配层为AZO膜及电介质材料，其膜厚及膜层数由诱导滤光片的设计方法计算并调整；由于AZO膜为导电膜，采用AZO设计诱导匹配层比单纯采用电介质膜设计诱导匹配层的膜系具有更好的导电性。下面介绍3中此结构的诱导结构的多层透明导电薄膜。如图l所示完全匹配结构，GlassI[60nmZnS|78nmAZO]4|148nmAZOI15nmAg|148nmAZO|[78腦AZO60nmZnS|]4|Glass,出射介质、入射介质均为玻璃1;匹配层2由多层高折射率ZnS薄膜和低折射率AZO薄膜交替构成，金属层3:高纯度Ag靶，制备采用磁控溅射，靶材Zn:Al重量比98:2的AZ0陶瓷靶；ZnS靶；高纯度Ag靶；基底玻璃。金属Ag膜在室温下制备；AZO及介质膜制备时，基底温度为200度，退火处理0.5小时。本体真空1*10-33*10-3Pa，丁作真空为1Pa，溅射在纯氩气氛中进行。溅射ZAO膜所加功率为400W，溅射Ag膜所加功率为200W。该透明导电膜的光电性能指标:薄膜材料及各层膜厚所制备最大透透射率反射率％方块电入=550nm的AZO射率％%〉70%500跳阻H:光学膜厚0.25入的膜光学的波段600nm欧姆/口ZnS常数L:光学膜厚0.25入的AZO<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>诱导匹配层由多层高折射率ZnS薄膜和低折射率AZO薄膜交替构成。在诱导设计中，一旦金属膜的光学常数和厚度选定后，势透过率仅是出射导纳的函数，使势透射率最大的出射导纳即为最佳匹配导纳。完全匹配结构使金属层出射导纳为最佳导纳，从而获得最大透过率；带宽较窄，适用于窄带滤光片的透明电极，可对要求波段进行设计。如图2为不完全匹配结构，Glassl41nmAZ0|15nmAg|41mnAZ0|Glass,出射介质、入射介质均为玻璃l,匹配层4采用单层AZ0，金属层3:高纯度Ag。制备采用磁控溅射，靶材Zn:Al重量比98:2的AZ0陶瓷靶，高纯度Ag靶。基底玻璃。金属Ag膜在室温下制备；AZO膜制备时，基底温度为200度。本体真空l*10-33*10-3Pa，工作真空为0.7Pa，溅射在纯氩气氛中进行。溅射ZAO膜所加功率为450W，溅射Ag膜所加功率为200W。该透明导电膜的光电性能指标:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>不完全匹配结构，减少诱导匹配膜系的膜层数，只用单层AZO膜，其膜厚由金属层出射导纳对最佳导纳偏离最小的条件决定；相对完全匹配，本结构最大透过率有所降低，但结构简化，带宽拓展，适用于宽谱应用，如太阳能电池的透明电极。如图3所述双层金属诱导结构，Glass|40nmAZ0|20nmAg|88nmAZO|20nmAg|40nmAZ0|Glass入射介质、出射介质均为玻璃1，匹配层4采用单层AZO，两层金属层3:高纯度Ag。制备采用磁控溅射，靶材Zn:Al重量比98:2的AZ0陶瓷靶，高纯度Ag靶。基底玻璃。金属Ag膜在室温下制备；AZO及介质膜制备时，基底温度为200度。本体真空1*10-33*10-3Pa，工作真空为0.7Pa，溅射在纯氩气氛中进行。溅射ZAO膜所加功率为450W，溅射Ag膜所加功率为200W。整个溅射过程采用旋转方式，膜厚可通过基片旋转速率和旋转次数控制，或由适应震荡膜厚监控仪实时监控。该透明导电膜的光电性能指标:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>多层金属诱导结构，具有两层或以上金属层，间隔以AZO诱导匹配层。为了保持较高的透过率，可适当减薄金属层，由于金属膜镀制在已呈连续膜生长的AZO膜上，不会形成孤岛结构，因此仍然具有较高的电导率。在诱导结构的AZO透明导电膜中，多层膜的总方块电阻由诱导层、金属层、匹配层的方电阻并联得到^="^~+^~+^"^;由于形成连续膜的金属膜具有优良导电性，因此在一定厚度下，多层膜的导电性主要由金属层决定。同时，金属层的最大透过率仅由其膜厚d和光学常数n，k决定，通过诱导结构可以把其最大透过率诱导出来。金属层越厚，导电性越好，最大透过率越低；因此，金属层存在一个最佳厚度，设置特征量P二最大势透过率(金属膜厚d，金属膜折射率n，金属膜吸收系数k)/方电阻(金属膜厚d)。根据实验和计算，确定为1530mn。权利要求1、一种诱导结构的多层透明导电薄膜，包括导电薄膜，其特征在于所述导电薄膜包括入射介质、出射介质、金属层、诱导匹配层，上下依次结构为入射介质|诱导匹配层|金属层|诱导匹配层|出射介质，具有至少一层金属层，金属层之间及两侧为诱导匹配层。2、根据权利要求l所述的诱导结构的多层透明导电薄膜，其特征在于所述金属层为Ag或Al，单层厚度为1030nm。3、根据权利要求l所述的诱导结构的多层透明导电薄膜，其特征在于所述诱导匹配层为AZO膜及电介质材料。4、一种诱导结构的多层透明导电薄膜的制备方法制备步骤如下1)根据要求，选择合适的膜系结构；2)确定金属层材料及最佳厚度、对应光学常数；3)根据诱导滤光片的设计方法，设计诱导匹配层，可运用薄膜设计软件进行适当优化；4)采用磁控溅射法，根据设计取用金属靶材、介质靶材和AZO陶瓷靶材，真空系统本底真空；首先射频轰击靶材以清洁靶材，然后在设定的真空度、基底温度、沉积速率下溅射不同靶材得到设计的膜系；整个溅射过程采用旋转方式，膜厚可通过基片旋转速率和旋转次数控制，或由适应震荡膜厚监控仪实时监控。全文摘要本发明涉及一种诱导结构的多层透明导电薄膜及其制备方法，包括入射介质、出射介质、金属层、诱导匹配层，上下依次结构为入射介质、诱导匹配层、金属层、诱导匹配层、出射介质，具有多种结构供不同应用选择，克服了单层导电ZnO:Al(AZO)薄膜的设计结构局限性大，同时性能优越，成本低。文档编号H01B13/00GK101271743SQ20081003743公开日2008年9月24日申请日期2008年5月15日优先权日2008年5月15日发明者吕玮阁,张大伟,毅李,杨永才,浩沈申请人:上海理工大学