[发明专利]透明导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明导电膜及其制备方法。

背景技术

近年来，氧化锌(ZnO)透明导电膜得到了非常广泛的研究。氧化锌薄膜相对于铟锡氧化物(ITO)而言，具有原材料丰富、无毒、掺杂可以提高薄膜的电导率和稳定性等优点。作为一种重要的光电子信息材料，氧化锌透明导电膜优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。

未掺杂的ZnO薄膜的电阻很高，导电性能差，为了得到更优异的电学性能，通常会进行ZnO的掺杂，主要是III主族元素。在所有的掺杂元素中，Ga和Zn原子半径最为接近，而且Ga-O键和Zn-O键的键长比较接近，因此Ga原子代替Zn原子后，引起的ZnO晶格畸变小，有利于Ga的掺入，而且与Al相比，Ga不易氧化。所以Ga被认为最有前途的掺杂元素。在ZnO中掺入Mg可以实现ZnO的能带工程，使其在多层异质结、量子阱结构、二维电子气等方面有着重要的用途。

与玻璃衬底相比，有机聚合物衬底存在不少的缺点：热阻低，机械强度低，热膨胀系数高，很容易吸收水气。为了克服这些缺点，需要在透明导电膜与聚合物衬底之间引入一层缓冲层。由于ZnO与ZnMgO的晶格匹配，所以选择ZnO作为缓冲层材料。

有机衬底透明导电膜不但具有玻璃衬底透明导电膜的光电特性，而且有许多独特优点。它可作为可折叠液晶显示器、非晶硅太阳能电池的透明电极，还可作为可粘贴式汽车玻璃防霜冻膜，在透明电磁屏蔽和可折叠反射热镜上也有广泛的应用，为开发柔性全透明器件提供了一种新的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种电学性能优良的透明导电膜及其制备方法。

本发明的透明导电膜在衬底上依次沉积有起缓冲作用的ZnO膜层和ZnMgO膜层，其特征在于衬底是有机聚合物，起缓冲作用的ZnO膜层为未掺杂的n型ZnO薄膜，ZnMgO膜层为Ga掺杂的n型ZnMgO薄膜。

上述的有机聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酩(PC)、有机玻璃(PMMA)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。

透明导电膜的制备方法，包括以下步骤：

1)称量纯的ZnO粉末，球磨后压制成型，然后在1200℃温度下烧结，制得纯的ZnO陶瓷靶；

2)称量纯的ZnO、MgO和Ga₂O₃粉末，其中Ga摩尔百分含量为4％，Mg摩尔百分含量为5％，将上述粉末球磨混合均匀、压制成型，然后在1200℃温度下烧结，制得掺Ga的ZnMgO陶瓷靶；

3)采用射频磁控溅射法，以纯的ZnO陶瓷靶为靶材，在有机聚合物衬底上沉积一层未掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件：靶材与衬底之间的距离保持为4～6cm，生长室真空度至少抽至3×10^-3Pa，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这两种的混合气体，控制压强为0.1～3.0Pa，Ar∶O₂＝1∶0～0∶1，溅射功率100W～300W；

4)采用射频磁控溅射法，以掺Ga的ZnMgO陶瓷靶为靶材，在步骤3)的未掺杂的n型ZnO薄膜上再沉积一层Ga掺杂的n型ZnMgO薄膜，溅射条件：靶材与衬底之间的距离保持为4～6cm，生长室真空度至少抽至3×10^-3Pa，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这两种的混合气体，控制压强为0.1～3.0Pa，Ar∶O₂＝1∶0～0∶1，溅射功率100W～300W。

上述纯氩气的纯度为99.99％以上，纯氧气的纯度为99.99％以上。ZnO、Ga₂O₃和MgO粉末的纯度均为99.99％以上。

透明导电膜中ZnO膜层的厚度和ZnMgO膜层的厚度均可由沉积时间来决定。

本发明的优点是：

1)制备方法简单，可在室温下生长，本发明的透明导电膜电学性能优异，方块电阻为5～10Ω/sq。

2)引入的ZnO缓冲层可以使得有机衬底表面更光滑，减少对水气的吸收，减少由于衬底和ZnMgO薄膜的失配所引起的缺陷。

3)本发明的透明导电膜，采用柔性衬底，具有质量轻、可折叠、不易碎、易于大面积生产、便于运输及成本低等优点，可应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池，可用作透明电磁屏蔽及触敏覆盖层等，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚。

附图说明

图1是透明导电膜结构示意图。

图2是薄膜的光学透射谱。

具体实施方式