[发明专利]沉积薄层的方法和获得的产品

说明书

本申请是分案申请，其母案的申请日为2008年1月4日、申请号为200880007306.2，名称为“沉积薄层的方法和获得的产品”。

技术领域

本发明涉及的领域是薄的无机层，特别地在玻璃基材上沉积的那些。更具体地说，涉及所述薄层的至少部分结晶的方法和使用这种方法获得的某些产品。

背景技术

许多薄层被沉积在基材(特别地由平的或略微弯曲的玻璃制成的那些)上，以便使所得的材料具有特别的性能：光学特性，例如对于具有给定的波长范围的辐射的反射或吸收性能；特别的电导性能，或与清洗方便性或与材料是自清洁的可能性有关的性能。

这些薄层最通常是基于无机化合物：氧化物、氮化物，或者金属。其厚度通常从数纳米变化到几百纳米，因此其被称为“薄的”。

作为实例，可以提及基于以下的薄层：铟和锡混合氧化物(称为ITO)、铟和锌混合氧化物(称为IZO)、掺杂镓的或掺杂铝的氧化锌、掺杂铌的二氧化钛、镉或锌的锡酸盐、或者掺杂氟的和/或掺杂锑的氧化锡。这些不同的层具有为透明然而导电性或半导电性层的特征并且用于许多其中这两种性能是必需的系统中：液晶显示器(LCD)、太阳能或光伏式传感器、电致变色或电致发光设备等。

还可提及基于金属银或金属钼或铌的薄层，其具有电导性能和反射红外辐射的性能，因此其用于阳光控制玻璃板，特别地阳光保护玻璃板(以便降低进入的太阳能的量)或低发射率玻璃板(以便降低散逸到建筑物或车辆的外部的能量的量)。

还可提及基于二氧化钛的薄层，其具有自清洁的特别的特征，其通过使有机化合物在紫外线的作用下易于降解和使矿物污染(粉尘)便于在水流动的作用下的除去达到。

所提及的各种层具有这样的共同特征：当其处于至少部分结晶状态时，看到某些改善的性能。通常地寻求最大地提高这些层的结晶度(结晶材料的质量或体积比)和晶粒的尺寸(或者通过X-射线衍射法测量的衍射相干域的尺寸)，或者在某些情况下有利于特定的晶型。

在二氧化钛的情况下，众所周知呈锐钛矿形式的结晶的二氧化钛在有机化合物降解方面比无定形二氧化钛或者呈金红石或板钛矿形式的结晶的二氧化钛更有效。

还已知的是具有高结晶度以及由此低的残余的无定形银含量的银层，相比于主要地无定形银层来说具有更低的发射率和更低的电阻率。由此改善了这些层的电导率和低发射率性能。

同样地，上述的透明的导电层，特别地基于被掺杂的氧化锌的那些或掺杂锡的氧化铟层由于它们的结晶度高而具有更高的电导率。

用于沉积薄层，特别地沉积在玻璃基材上的在工业规模上通常使用的一种方法是磁场增强的阴极溅射方法，称为“磁控溅射”方法。在这种方法中，在接近于靶(包括待沉积的化学元素)的高真空下产生等离子体。等离子体的活性物种，通过轰击靶，将所述元素脱掉，这些元素沉积在基材上，由此形成期望的薄层。当该层由从靶上脱掉的元素和等离子体中所含的气体之间的化学反应获得的材料组成时，这种方法为所谓的“反应性的”。由此，已知的是通过使用金属钛靶和基于氧气的等离子体气体，通过反应性的磁控方法来沉积二氧化钛层。这种方法的主要优点在于，通过使基材顺序经过各种靶，可以在同一生产线上沉积很复杂的堆积层，这通常是在单个且相同装置中进行。

当在工业上实施磁控溅射方法时，基材保持在环境温度或者经受适当温度升高(低于80°C)，特别地当基材的走带(défilement)速度高(出于经济原因，这通常是期望的)时。其可能看来有利的事情然而在上述层的情况下构成了缺点，因为所涉及的低温通常没有使晶体足够的生长。对于小厚度的薄层和/或由具有非常高熔点的材料构成的层来说，这是非常特别的情况。根据这种方法获得的层因此主要地甚至完全地是无定形的或纳米结晶的(晶粒的平均尺寸小于数纳米)，热处理被证明是必需的以便获得期望的结晶度或者期望的颗粒尺寸。

可能的热处理在于在沉积期间或者在沉积后，当离开磁控溅射生产线时，再加热基材。最通常的，至少200°C或300°C的温度是必需的。事实上，由于基材的温度接近于构成薄膜的材料的熔解温度，结晶越好并且粒径越大。

在工业磁控溅射生产线中，基材的加热(在沉积期间)然而被证明是难以实施的，特别地因为在真空中的传热（必然地辐射传热）难以控制并且宽度为数米的大尺寸基材的情况下成本是非常高的。在小厚度的玻璃基材的情况下，这类处理常常涉及高的破裂风险。