專利名稱：一種透明導(dǎo)電薄膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，特別是涉及一種利用受約束陰極電弧放電制備AZO(摻鋁氧化鋅)薄膜的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)中，透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)用途廣泛，尤其是作為透明電極，是各種平板、液晶顯示器和薄膜太陽能電池等生產(chǎn)不可或缺的重要原材料；由于具有低輻射、熱反射、防靜電、電磁屏蔽等功能，可廣泛應(yīng)用于建筑、儀器儀表等領(lǐng)域；另外，還可以用做發(fā)熱面板、氣敏傳感器、隱身材料等。應(yīng)用于平板顯示器件透明電極的TCO薄膜主要是IT0an203:Sn)薄膜。但是，1、 由于M2O3價格昂貴，導(dǎo)致ITO薄膜生產(chǎn)成本很高；2、h材料有毒，在制備和應(yīng)用過程中對人體有害；3、ITO成膜過程中，Sn容易滲入到襯底內(nèi)部，毒化襯底材料，嚴(yán)重影響顯示器件等產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，隨著新一代透明導(dǎo)電ΑΖ0(&ι0:Α1)薄膜技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展、成熟，AZO 薄膜的應(yīng)用將飛速發(fā)展。與ITO膜相比，AZO薄膜的原材料成本只有ITO的1/100左右，而 AZO(摻鋁氧化鋅)薄膜的光學(xué)透過、導(dǎo)電等性能接近或超越ITO薄膜的性能。當(dāng)前，AZO (摻鋁氧化鋅)膜最常用的工業(yè)制備方法為磁控濺射，一般利用AZO材料作為靶材，包括直流濺射、中頻濺射等。磁控濺射沉積AZO薄膜，對設(shè)備、原材料、工藝參數(shù)等要求極高，否則無法獲得合格的AZO薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種真空鍍膜設(shè)備與工藝技術(shù)在玻璃或者其它基片上沉積 AZO(摻鋁氧化鋅)薄膜。具體為可以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的磁約束陰極電弧放電制備AZO薄膜的方法。利用該方法生產(chǎn)AZO膜具有設(shè)備簡單、工藝穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)、生產(chǎn)效率高、成本低、 可實(shí)現(xiàn)低溫沉積、可在柔性襯底及不耐熱基片上沉積等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代規(guī)模生產(chǎn)AZO薄膜的主要方法。所使用的設(shè)備是在傳統(tǒng)磁約束多弧離子鍍膜設(shè)備基礎(chǔ)上，針對AZO (摻鋁氧化鋅) 靶材特點(diǎn)，為了消除大顆粒沉積等而采取了多種措施。具體措施如1、靶材。利用Cu作為基板，將AZO(摻鋁氧化鋅)靶材焊接在Cu板上完成；2、擋板。在陰極弧源前方10-20cm處，加裝網(wǎng)狀擋板，作為輔助陽極及大顆粒蒸發(fā)物過濾網(wǎng)。在上述設(shè)備條件下，完成AZO(摻鋁氧化鋅)鍍膜的工藝參數(shù)為極限真空、 <7X10_3Pa ；工作氣體、氬氣和氧氣，其中Ar/02 = 10 (1-5)；工作壓強(qiáng)、(1-10) X KT1Pa ； 沉積環(huán)境溫度、50-350 V ；基片到陰極弧源間距、20-60cm ；沉積時間、5-60min。在上述設(shè)備與工藝條件下，所得到的AZO薄膜特性為1、薄膜電阻，1-500 Ω/cm2， 通過改變膜層厚度、Al摻雜量可以在更寬范圍內(nèi)改變；2、透過率，可見光區(qū)的平均透過率超過80%，可根據(jù)需求進(jìn)一步改變。
進(jìn)一步，我們發(fā)明了專門應(yīng)用于AZO(摻鋁氧化鋅)的多弧鍍膜生產(chǎn)線設(shè)備，包括連續(xù)生產(chǎn)線和單爐鍍膜設(shè)備。所設(shè)計、制造的單爐設(shè)備特征為單個腔室、多個弧源，弧源在腔室的側(cè)壁上按照螺旋式或者交錯排布，根據(jù)所鍍基片面積可以安裝1個到數(shù)十個弧源；基片固定在基片架上，在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所設(shè)計、制造的連續(xù)生產(chǎn)線特征為核心組成為多弧鍍膜室，鍍膜室內(nèi)，多個弧源安裝螺旋、交錯分布安裝在單側(cè)或者雙側(cè)，用以完成單面或者雙面鍍膜；基片可以在一條傳送帶上連續(xù)運(yùn)動，進(jìn)出多弧鍍膜室；在多弧鍍膜室前后，有用于保護(hù)鍍膜室真空、離子清洗基片、加熱或冷卻基片的真空室。


圖1、靶材特征圖。圖中，1 AZO(摻鋁氧化鋅)靶材；2、AZO與Cu基板連接體；3、 Cu基板AZO(摻鋁氧化鋅)靶材1為圓柱體，直徑與傳統(tǒng)多弧源靶材直徑相同，厚度 10-30mm ；利用焊接、螺紋連接、或者螺栓連接技術(shù)2 ；與Cu基板3連接在一起；Cu基板下部加工有螺紋等，與多弧源通過螺紋連接在一起。圖2、擋板特征圖。圖中，1 多弧源；2 擋板；3 蒸發(fā)大顆粒；4 蒸發(fā)小粒子。從多弧源1蒸發(fā)出來的粒子，有大顆粒3、小粒子4等，通過擋板2時，大顆粒3被阻擋無法穿過，只有小粒子穿過并沉積在基片上。圖3、AZ0(摻鋁氧化鋅)薄膜光學(xué)透過率圖。圖中，橫軸為波長，縱軸為透過率。從圖中可知，AZO(摻鋁氧化鋅)薄膜在可見光區(qū)的透過率超過88%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 公司專用實(shí)驗機(jī)，AZO(摻鋁氧化鋅)材料制備的多弧靶如圖1所示；玻璃基片，經(jīng)過酒精超聲清洗、烘干后使用；在基片與陰極弧源之間，安裝有擋板如圖2 ；基片到陰極弧源的間距為35cm ；鍍膜工藝為沉積溫度、180°C;極限真空、< 7X KT3Pa ；工作氣體、氬氣和氧氣，其中ArA)2 = 10 1 ；工作壓強(qiáng)、6X KT1Pa;沉積時間、15min。光學(xué)、電學(xué)性能分析表明，所得AZO薄膜在可見光區(qū)的透過率超過88% (圖3)，方塊電阻小于30Ω/口。表面形貌分析表明所得AZO薄膜中的顆粒小于1微米(圖4)。
權(quán)利要求
1.一種AZO (摻鋁氧化鋅)薄膜制備方法，其特征在于采用了 AZO材料作為靶材及消滴的多弧離子鍍技術(shù)、在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下得到性能優(yōu)越的AZO薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的消滴的多弧離子鍍技術(shù)，其特征為，在多弧離子源前方加有擋板。
3.如權(quán)利要求1所述，多弧源采用的靶材為將AZO(摻鋁氧化鋅)靶材透過焊接、鑲嵌或其它方式連接在Cu基板上而成。
4.如權(quán)利1要求所述，所采取的工藝條件為極限真空、<7X10_3Pa ；工作氣體、氬氣和氧氣，其中Ar/02 = 10 (1-10)；工作壓強(qiáng)、(1-10) X KT1Pa ；沉積環(huán)境溫度、50_450°C ； 基片到陰極弧源間距、20-200cm ；沉積時間、5-60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，不僅是AZO(摻鋁氧化鋅)膜，以其它透明導(dǎo)電材料為靶材、利用多弧離子鍍技術(shù)、在任何基片上制備透明導(dǎo)電薄膜，均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，任何專用于TCO(透明導(dǎo)電氧化物)膜制備的多弧離子鍍膜設(shè)備，無論大小，包括連續(xù)、半連續(xù)、以及單室鍍膜設(shè)備，均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用多弧離子鍍技術(shù)制備AZO(摻鋁氧化鋅)薄膜的方法。利用AZO材料作為靶材、采用消滴的多弧離子鍍技術(shù)，在玻璃、塑料或其它基底上沉積得到光學(xué)、電學(xué)、結(jié)合力等優(yōu)異的AZO薄膜。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能優(yōu)異的AZO薄膜制備方法。
文檔編號C23C14/08GK102352480SQ20111032785
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者吳波, 楊武保 申請人:吳波, 楊武保