一種提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜光電性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜材料及薄膜光電性能領(lǐng)域，具體涉及一種提高薄膜透光性能和導(dǎo)電性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電氧化物既是金屬氧化物，又是半導(dǎo)體材料，不僅具有高的導(dǎo)電性，同時在可見光范圍內(nèi)具有較高的透光性，可被廣泛應(yīng)用于有機(jī)電致發(fā)光、有機(jī)光伏、液晶顯示和場效應(yīng)晶體管等光電器件領(lǐng)域。當(dāng)今，氧化銦錫(ITO)是在光電子器件領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的透明導(dǎo)電氧化物。但是ITO制備工藝較為復(fù)雜，制作成本較高，而且有毒。與ITO相比，ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜不僅價格低廉、無毒環(huán)保，而且是在室溫下制備，無需加熱，簡化了制備工藝。這些特點使得ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜逐漸成為國內(nèi)外材料領(lǐng)域研究的熱點。目前，通過不同方法制備的Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜主要是通過優(yōu)化中間Ag層的厚度來提高其透光性和導(dǎo)電性。雖然優(yōu)化Ag層厚度可以改善Ag層連續(xù)性，但是通過研究Ag納米顆粒的生長機(jī)理然發(fā)現(xiàn)，連續(xù)的Ag層仍然是由團(tuán)聚在一起的島狀膜逐漸聚集在一起形成。這樣的生長機(jī)理限制了多層膜性能的改善。所以通過優(yōu)化Ag膜厚度所制備的Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜所具備的透光性和導(dǎo)電性仍然有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，通過在濺射中間Ag層時，在濺射氣體氬氣中充入適量的氧氣作為反應(yīng)氣體，有效地改善了 Ag層的形貌，實現(xiàn)提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電多層膜的光電性能。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜采用室溫磁控濺射的方法制備得到，中間Ag層是采用直流磁控濺射的方法制備，在濺射中間Ag層時，在濺射氣體氬氣中通入氧氣作為反應(yīng)氣體。
[0005]所述氧氣與氬氣的體積比為1:100~3:100。優(yōu)選為1:100?2:100，進(jìn)一步優(yōu)選為2:100。
[0006]所述氬氣的純度不低于99.0%，所述氧氣的純度不低于99.0%。優(yōu)選為氬氣的純度99.99%，氧氣的純度為99.99% ο
[0007]底層和頂層的ZnO薄膜是采用射頻磁控濺射方法制備的。
[0008]所述的Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜按如下順序制備:首先在基底上濺射底層ZnO，接著在底層ZnO上沉積Ag，最后在Ag層上沉積相同厚度的頂層ZnO。
[0009]本發(fā)明主要是利用氧氣對Ag納米顆粒生長過程的誘導(dǎo)作用。由于底層的ZnO是一種多缺陷的材料，通入的氧氣會改善ZnO的缺陷，從而對生長在ZnO上的Ag產(chǎn)生一種誘導(dǎo)作用，有效地改善了生長在底層ZnO薄膜上的Ag層的形貌，使得Ag納米顆粒變得井然有序，克月艮Ag納米顆粒生長過程中雜亂無章、不連續(xù)的缺點。
[0010]本發(fā)明是在ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜結(jié)構(gòu)中，當(dāng)濺射中間Ag層時，在濺射氣體氬氣中通入適量的氧氣作為反應(yīng)氣體，并且通過流量計控制氧氣與氬氣的流量比例。通入的氧氣有效地改善了 Ag納米顆粒的生長過程，降低Ag層對光的吸收，而且降低了多層膜的表面電阻，實現(xiàn)提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜的透光性和導(dǎo)電性目的。所述的ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜結(jié)構(gòu)，所有的膜都是在室溫下采用磁控濺射方法制備，其中底層和底層的ZnO是采用射頻磁控濺射方法制備，中間Ag層是采用直流磁控濺射方法制備。
[0011 ]整個Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電多層膜的制備順序是:首先在基底上沉積ZnO，接著在ZnO上沉積Ag，最后在Ag膜上再沉積ZnO，其中底層和頂層的ZnO厚度相同。
[0012]有益效果:
本發(fā)明在濺射氣體氬氣中充入適量的氧氣作為反應(yīng)氣體，有效地改善了 Ag納米顆粒的生長過程，改善了Ag層的形貌，降低Ag層對光的吸收，降低了多層膜的表面電阻，提高了Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜的透光性和導(dǎo)電性，可以有效的取代ITO用做有機(jī)發(fā)光二極管或太陽能電池透明電極。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述的生長機(jī)理示意圖；其中:(a)沒有充入氧氣作為反應(yīng)氣體，(b)充入氧氣作為反應(yīng)氣體。
[0014]圖2是本發(fā)明所述方法在ZnO上制備Ag膜的形貌;其中:(a)沒有充入氧氣作為反應(yīng)氣體，(b)氧氣與氬氣比例為1:100，(c)氧氣與氬氣比例為2:100，(d)氧氣與氬氣比例為3:100。
[0015]圖3是本發(fā)明所述方法制備Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜透光性。
[0016]圖4是本發(fā)明所述方法制備Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性。
[0017]具體實施方法
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明詳加闡述。
[0018]實施例1
多層透明膜制備工藝如下:
1.基底為20mm X 20mm X Imm的玻璃，濺射之前依次在去離子水、丙酮、乙醇中分別超聲清洗15min，以去除襯底表面的微粒和有機(jī)污染物，最后用高純氮氣吹干放入濺射腔室內(nèi)。
[0019]2.濺射腔室本底真空度抽至6 X 10—4Pa，濺射過程中充入高純度的的氬氣(99.99%)作為濺射氣體。
[0020]3.靶材:ZnO靶純度為99.9 %48靶純度為99.9 %，分別預(yù)濺射lOmin，以清除靶材表面的雜質(zhì)和污染物，以提高ZnO和Ag薄膜的質(zhì)量。
[0021 ] 4.射頻濺射ZnO:濺射過程充入高純度的的氬氣(99.99%)作為濺射氣體，室溫下工作壓強(qiáng)為2.0 Pa，使用100W的射頻功率濺射底層和頂層ZnO，厚度都為40nm。
[0022]5.直流濺射Ag:濺射過程充入高純度的的氬氣作為濺射氣體，使用20W的直流功率濺射Ag，厚度為I Onm ο
[0023]實施例2
在實施I整個制備過程中1、2、3、4保持不變。
[0024]5.直流濺射Ag:濺射過程充入高純度的的氬氣(99.99%)作為濺射氣體，同時充入高純度的氧氣(99.99%)作為反應(yīng)氣體，通過流量計準(zhǔn)確控制氧氣與氬氣流量比例為1:100，使用20W的直流功率濺射Ag，厚度為I Onm ο
[0025]實施例3
在實施2整個制備過程中1、2、3、4保持不變，只改變5中充入氧氣的流量，使得氧氣與氬氣的比例為2:100。
[0026]實施例4
在實施2整個制備過程中1、2、3、4保持不變，只改變5中充入氧氣的流量，使得氧氣與氬氣的比例為3:100。
[0027]考察實施例1-4制備得到的ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜的性能:
圖1為Ag納米顆粒在底層ZnO上的生長機(jī)理示意圖，如圖1所示，當(dāng)在濺射中間Ag層，充入氧氣作為反應(yīng)氣體，由于氧氣的誘導(dǎo)作用，生長在ZnO上的Ag納米顆粒井然有序。
[0028]圖2為不同氧氬比例時，生長在底層ZnO膜上Ag膜的SEM圖，SEM是使用掃描電子顯微鏡(S-4800，Hitachi)所得。如圖2所示，在濺射Ag層過程中，如果不充入氧氣作為反應(yīng)氣體，Ag納米顆粒雜亂無章而且連續(xù)性較差。當(dāng)充入氧氣與氬氣比例為1:100時，Ag層逐漸變得連續(xù)。充入氧氣與氬氣比例為2:100時，Ag納米顆粒生長整齊有序而且連續(xù)性較好。充入氧氣與氬氣比例為3:100時，Ag層雖然連續(xù)性較好但是Ag納米顆粒又變得雜亂無章。
[0029]圖3為不同氧氬比例時，ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜透光性對比，透光性是使用紫外一可見分光光度計(Lambda 35，PerkinElmer)測量所得。如圖3所示，在派射Ag層過程中，充入適量氧氣作為反應(yīng)氣體，有助于提高多層膜的透光性。其中當(dāng)充入氧氣與氬氣比例為2:100時，多層膜的透光性最佳。
[0030]圖4為不同氧氬比例時，ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜導(dǎo)電性對比，導(dǎo)電性是使用四探針(ST-2258A)測量所得。如圖4所示，在濺射Ag層過程中，充入適量氧氣作為反應(yīng)氣體，有助于提高多層膜的導(dǎo)電性。其中當(dāng)充入如圖3所示比例為2:100時，多層膜的導(dǎo)電性最好。
[0031]圖3、圖4中標(biāo)志為O的曲線就是沒有通入氧氣的數(shù)據(jù)，沒有通入氧氣的最大透光性為81.5%，最小電阻為12.7 Ω/sq；比例為2:100時，最大透光性為96.7%，最小電阻為6.7Ω /sq0
【主權(quán)項】
1.一種提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜采用室溫磁控濺射的方法制備得到，中間Ag層是采用直流磁控濺射的方法制備，在濺射中間Ag層時，在濺射氣體氬氣中通入氧氣作為反應(yīng)氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，所述氧氣與氬氣的體積比為I: 100-3:1OO03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，所述氬氣的純度不低于99.0%，所述氧氣的純度不低于99.0%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，底層和頂層的ZnO薄膜是采用射頻磁控濺射方法制備的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，所述的Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜按如下順序制備:首先在基底上濺射底層ZnO，接著在底層ZnO上沉積Ag，最后在Ag層上沉積相同厚度的頂層ZnO。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，所述氧氣與氬氣的體積比為I: 100?2:100。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高Zn0/Ag/Zn0透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，其特征在于，所述氧氣與氬氣的體積比為2:100。
【專利摘要】一種提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電膜光電性能的方法，在制備ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜過程中，當(dāng)磁控濺射中間層金屬Ag層時，在濺射氣體氬氣中通入的適量的氧氣作為反應(yīng)氣體，所述氧氣與氬氣的體積比為1:100~3:100；利用氧氣對Ag納米顆粒生長過程中的誘導(dǎo)作用，使得生長在底層ZnO薄膜上的Ag納米顆粒變得井然有序，有效的改善了Ag層的形貌。實現(xiàn)提高ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜透光性和導(dǎo)電性的目的。本發(fā)明采用室溫下磁控濺射方法制備ZnO/Ag/ZnO透明導(dǎo)電多層膜具有較好的透光性、導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可以有效的取代ITO用做有機(jī)發(fā)光二極管或太陽能電池透明電極。
【IPC分類】C23C14/35, C23C14/14, C23C14/08
【公開號】CN105624625
【申請?zhí)枴緾N201610133598
【發(fā)明人】李興鰲, 張巧霞, 趙楊華, 賈振宏, 張 杰, 秦正飛, 楚亮
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月9日