[发明专利]室温下柔性衬底上制备高性能AZO透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料领域，涉及AZO透明导电薄膜，具体涉及室温下柔性衬底上制备高性能AZO透明导电薄膜的方法。

背景技术

Al掺杂的ZnO(AZO)透明导电薄膜具有高导电率、可见光范围的高透过率，而且储量丰富、价格低廉，在氢等离子体中稳定性好等特性，已成为一种新兴的半导体光电材料，被广泛应用于透明电极、液晶显示器、触摸屏、太阳能电池和各种光电设备中。

AZO透明导电薄膜的衬底可分为硬质衬底和柔性衬底。目前，对AZO透明导电薄膜的研究主要集中在硬质材料衬底上沉积的薄膜，例如玻璃和单晶Si衬底等。但玻璃和单晶Si衬底存在材质脆、不易变形等缺点，因此限制了透明导电薄膜的应用。相对于硬质衬底来说，以柔性聚合物为衬底制备的透明导电膜具有质量轻、可折叠、不易破碎、费用低廉、易于大面积生产、便于运输等许多独特的优点。如果在柔性衬底上制备的AZO薄膜能够保持硬质衬底AZO薄膜的光电特性，则对制备柔性衬底太阳能电池、柔性液晶显示器、柔性发光器件、柔性透明电磁屏蔽及应用于塑料大棚、民用建筑玻璃贴膜等具有十分有利的作用。

AZO透明导电薄膜的制备方法很多，如磁控溅射、反应热蒸发、金属有机物化学气相沉积、原子层外延、喷雾热解、脉冲激光沉积、溶胶凝胶法等。由于射频磁控溅射方法制备AZO透明导电薄膜具有较高的沉积速率和较好的衬底粘附性，以及相对便宜和易于大面积沉积等优点，是研究和应用最广泛的方法。

但磁控溅射方法在低温下制备的AZO透明导电薄膜结晶性差，存在表面吸附氧、表面悬挂键、锌空位等大量受主，这些受主会对电子产生补偿和散射作用，造成电阻率偏高的问题，严重影响了其应用。为了降低薄膜的电阻率，现有的解决方案主要有：制备薄膜的过程中对衬底进行加热；对AZO透明导电薄膜进行后期退火处理；对AZO透明导电薄膜在H₂等离子体或H₂气氛中进行热处理。以上几种解决方案对制备在硬质衬底上的AZO透明导电薄膜是可行的，但加热处理特别是后期热处理增加了AZO透明导电薄膜制备工艺的复杂性。而柔性衬底的致命弱点就是不耐高温，若温度较高，柔性衬底的性质将发生变化，这不利于制备具有优良光电性能的透明导电薄膜，阻碍了其在工业领域的应用。因此如果能在不对衬底加热的情况下，制备出光电性能良好的AZO透明导电薄膜意义重大。

本方案正是在此基础上提出的，通过在溅射气氛中引入氢气，利用氢钝化上述受主，削弱了受主的补偿作用和散射作用，有效地降低了AZO薄膜的电阻率。更重要的是该方案工艺简单，无需对衬底加热或对薄膜进行后期热处理，避免了高温过程，且氢的作用非常有针对性，非常适合在不耐高温的柔性衬底上沉积AZO透明导电薄膜。

发明内容

本发明克服现有技术中的不足，设计了一种室温下柔性衬底上制备高性能AZO透明导电薄膜的方法，以实现在不对柔性衬底加热的情况下制备出高导电率的AZO透明导电薄膜。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，室温下柔性衬底上制备高性能AZO透明导电薄膜的方法，所述的制备方法包括如下工艺步骤：

a、以柔性衬底为基板，将柔性衬底清洗干净，放入磁控溅射装置的托架里，并对进样室和溅射室抽真空，直到进样室真空度为3×10^-3Pa，溅射室的真空度为1×10^-3Pa；

b、打开进样室和溅射室之间的空气锁夹板，将柔性衬底送到溅射室的转盘上，再关闭进样室与溅射室之间的空气锁夹板，将溅射室的真空度抽至1×10^-4Pa；

c、室温下，通入氩气和氢气的混合气体，直到压强达到1.0～1.5Pa，开启射频电源，调节溅射功率，待AZO陶瓷靶起辉后，调节压强，预溅射5～15分钟；

d、调整AZO陶瓷靶与柔性衬底之间的距离，继续通入氩气和氢气的混合气体，同时开始计时；

e、达到溅射时间后，关闭射频电源，关闭气体，抽出剩余气体，即完成AZO透明导电薄膜的制备。

所述的柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、或聚甲基丙烯酸甲酯。

所述的混合气体中氢气含量为2～5％。

所述的混合气体中氢气含量为3％。

所述的溅射功率为50～70W。

所述的c步骤中调节压强为0.5～1.2Pa。

所述的AZO陶瓷靶与柔性衬底之间的距离为60～80mm。

所述的溅射时间为40～50min。

所述的d步骤中通入混合气体的量为20～40sccm。