[发明专利]一种钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法，尤其是一种采用磁控溅射法制备钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的方法，属于电子材料技术领域。

背景技术

金属氧化物透明导电薄膜由于对可见光具有很高的透过率(＞85％)、电阻率非常低(可达10^-3～10^-4Ω·cm)等优异的光电性能，因而在平板显示器、太阳能电池、透明电磁屏蔽和抗静电装置、电阻式触摸屏以及生物传感器等领域得到了广泛的应用，其中使用最多的透明导电薄膜是锡掺杂氧化铟(Indium Tin Oxide，简称ITO)薄膜。尽管ITO透明导电薄膜在很多领域应用广泛，但是由于其存在制备工艺复杂、高温稳定性差(在较高温度使用时存在铟扩散的问题，会影响器件的性能)、成本高(铟是贵重金属，自然储量很少)等缺点，特别是薄膜的力学性能、化学耐久性比较差，并且铟及其化合物具有一定的生物毒性，因而大大限制了其应用范围。例如对于作为电阻式触摸屏电极材料的透明导电薄膜来说，不仅要求薄膜具有优异的光电性能，还要求其具有良好的力学性能、化学耐久性、热稳定性，并且薄膜不能有毒性。另外用作生物传感器载体材料的透明导电薄膜，除了要求薄膜具有优异的电学性能外，还要求其具有优异的化学耐久性和生物相容性。

氧化锡(SnO₂)薄膜通过掺杂一些元素后不仅可以获得优异的光电性能，而且薄膜具有良好的力学性能、化学耐久性、热稳定性，其中研究比较多的是氟掺杂氧化锡(Fluorin Tin Oxide，简称FTO)和锑掺杂氧化锡(Antimony Tin Oxide，简称ATO)薄膜。但是氟和锑元素具有一定的生物毒性，当它们作为电阻式触摸屏电极材料或生物传感器载体材料使用时，会对器件性能产生一定的影响。钽(Ta)是一种5价元素，将其作为氧化锡薄膜的掺杂元素可以显著提高薄膜的电学性能、光学性能、化学耐久性及热稳定性。同时Ta元素没有毒性且具有优异的生物相容性。因此，钽元素掺杂的氧化锡薄膜不仅可以用于平板显示器、太阳能电池、透明电磁屏蔽和抗静电装置，而且可以用于对薄膜毒性、生物相容性有特殊要求的电阻式触摸屏以及生物传感器等领域。

目前，掺杂氧化锡薄膜的制备方法主要有喷涂法、喷雾热分解法、化学气相沉积法(CVD)以及磁控溅射法等等，其中前三种方法存在成膜的厚度均匀性比较差，难以控制成膜过程，成膜时会产生有毒污染物，原材料成本较高，生产效率低等缺点。而用磁控溅射法制备掺杂氧化锡薄膜时，具有膜层厚度均匀且易于控制、膜层表面平坦致密、膜层与基底附着力强、制备工艺简单易行、生产效率高及成本低廉等优点。因此，成为当前工业上制备掺杂氧化锡透明导电薄膜的主要方法。通过对现有技术文献的检索发现，Y.W.Kim和S.W.Lee等虽采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD，属于CVD方法的一种)制备了钽掺杂的氧化锡薄膜，且该方法制备的薄膜具有良好的光学与电学性能，但是用MOCVD方法制备薄膜时，却存在着金属有机物原材料成本高、膜层均匀性差、会产生有毒污染物、生产效率低等诸多不足。参见Y.W.Kim等人的“金属有机化学气相沉积法制备的钽掺杂氧化锡薄膜的微观结构演变和电学性能”，《薄固体膜》(Thin SolidFilms，2002，Vol.405，256～262，“Microstructural evolution and electricalproperty of Ta-doped SnO₂ films grown on Al₂O₃(0001)by metalorganicchemical vapor deposition”)；S.W.Lee等人的“金属有机化学气相沉积法制备的氧化钪和钽掺杂氧化锡光学涂层的特性”，《材料科学与工程B》(MaterialsScience and Engineering B，2003，Vol.99，134～137，“Characterization ofMOCVD grown optical coatings of Sc₂O₃ and Ta-doped SnO₂”)。目前关于用磁控溅射法制备钽元素掺杂氧化锡透明导电薄膜的报导还尚未发现。

发明内容

本发明针对现有掺杂氧化锡透明导电薄膜及其制备方法存在的上述不足，提供一种钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于经过下列工艺步骤：