[发明专利]一种高透过率透明导电薄膜及其制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种导电薄膜及其制备方法，特别是涉及一种高透过率透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

对于透明导电薄膜，工业级广泛采用的是掺锡(Sn)的氧化铟(In₂O₃)薄膜(简称ITO)，是目前最为常用的透明电极材料。但是单纯的氧化锡薄膜的透过率较低。现有技术采用磁控溅射方法制备了ITO/SiO₂/SiO₂/衬底材料/SiO₂/SiO₂的膜系多层膜构成的的透明导电薄膜，其中ITO中，Sn与In元素在ITO中的质量百分含量为78.9％～85.4％，Sn与In元素的质量比为40～49∶60～51；所制备的薄膜的厚度为5nm～300nm，虽然该多层膜在可见光区的最高透过率达到98％、平均红外透过率超过80％，但是ITO中的铟价格昂贵，使得这种薄膜的制造成本较高，而且In2O3高温条件下性能不够稳定，上述两种因素限制了ITO以及含有ITO薄膜的透明电极的广泛应用。

现有技术采用在浮法玻璃基板上，依次制备一个二氧化硅过渡层、一个掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃(FTO)层和一个氧化锌层。二氧化硅和FTO是通过浮法玻璃在线常压化学气相淀积(APCVD)工艺来完成，溅射沉积设备连接在浮法玻璃生产线的降温段，将合适温度的玻璃基本直接送入进样室后开始溅射生长ZnO基的透明导电氧化物薄膜。这样的多层膜具有高的光透过率，同时又不使用湿法工艺，依赖APCVD制备FTO具有绒面结构的特性，直接生成具有绒面结构的氧化锌包覆FTO的透明导电双层膜。其中，FTO层沉积的温度为300℃～750℃、沉积的厚度为10～2000nm；ZnO的沉积时衬底温度为20℃～500℃之间，沉积的厚度为50～800nm。这种方法得到的多层透明导电薄膜都需要一定的高温加热过程。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处提供了一种高透过率、导电性优异的，还特别适合各种触摸屏器件的新型柔性透明导电薄膜，提高了薄膜在可见光范围内的透过率并且较低了电阻率。本发明透明导电薄膜的主体材料是SnO₂和ZnO。本发明的透明导电薄膜是在主体材料SnO₂和ZnO中掺杂有部分金属Sn和Zn。

本发明提供一种高透过率透明导电薄膜，其特征在于，所述透明导电薄膜的模系为二氧化锡/氧化锌/二氧化硅/基底材料/二氧化硅，或二氧化硅/二氧化锡/氧化锌/二氧化硅/基底材料/二氧化硅的多层膜结构，主体材料为金属二氧化锡与氧化锌和锡与锌，其中，锡与锌元素两者在二氧化锡/氧化锌复合层中的质量百分含量为75.9％～83.5％，锡与锌元素的质量比为45～51∶55～49，薄膜的厚度为5nm～250nm。

所述透明导电薄膜中，锡与锌元素在二氧化锡/氧化锌复合层中的质量百分含量为78％～82％。

所述导电薄膜的厚度为20nm～100nm。

本发明提供一种高透过率透明导电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将洁净的基底材料放入真空环境中，并抽真空至环境压强不低于4×10^-4Pa；

(2)以氩气和氧气作为溅射气体，控制溅射时压强为0.2～0.8Pa；

(3)使用射频溅射的方法，在基底材料的正面和反面同时沉积一层二氧化硅，厚度为2～10nm；

(4)在二氧化硅层的表面采用直流溅射的方法溅射金属锡与锌，溅射功率为直流80～200W，金属锡/的溅射速率为0.15～0.8nm/s，锌的溅射速率为0.05～0.2nm/s，沉积完毕，得到二氧化锡/氧化锌复合层；

或者采用以二氧化锡与氧化锌的均匀混合材料烧结而成的块体作为靶材，溅射功率为直流80～200W，溅射速率为0.6～1.2nm/s。

步骤(4)所述的溅射沉积二氧化锡/氧化锌复合层完毕后，在二氧化锡/氧化锌复合层表面再溅射一层二氧化硅，厚度为5～15nm。

本发明的透明导电薄膜的性能测试主要包括：紫外可见近红外分光光度计测试薄膜的透射率，并用X射线光电子能谱仪测试成分、四探针测试仪测试电阻率。