[发明专利]一种RPD用多元导电氧化物材料及其制备方法

说明书

本发明的一种RPD用多元导电氧化物材料及其制备方法，往氧化铟中添加氧化钛和第三种氧化物，通过注浆成型的方法制备多元氧化物的陶瓷胚体，经过高温烧结及加工后得到成型的多元导电氧化物块材，然后将块材放入RPD设备的坩埚中，以康宁玻璃为样品基板，以氩气和氧气为工作气体，控制蒸镀腔体的工作压力，启动电源镀制得到透明导电多元氧化物薄膜，本发明通过在氧化铟材料中添加两种氧化物元素，并且首次使用注浆成型加高温烧结的方式来制作这种镀膜材料，提高了薄膜的质量及性能；使用RPD的方式来制作导电多元氧化物薄膜，满足了大规模量产的要求；采用本发明的方案所制得的多元导电氧化物薄膜具有高透光及高导电性。

技术领域

本发明涉及一种镀膜材料及其制备方法，特别涉及一种RPD用多元导电氧化物材料及其制备方法。

背景技术

随着社会发展和科学技术的突飞猛进，人类对功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。随着显示器、触膜屏、半导体、太阳能等产业的发展，一种新的功能材料——透明导电氧化物薄膜(transparent conducting oxide，简称为TCO薄膜)随之产生、发展起来。所谓透明导电薄膜是指这种薄膜材料在可见光范围内的透光率达到80％以上，而且导电性高，比电阻值低于1x10^-3Ω.cm。已知的Au、Ag、Pt、Cu、Rh、Pd、Al、Cr等金属，在形成3-15nm厚的薄膜时，都具有某种程度的透光性，都曾应用于透明薄膜电极中，但这些金属薄膜对光的吸收太大，硬度低且稳定性差，因此逐渐发展成以金属氧化物透明导电薄膜材料 (Transparent Conduction Oxide, TCO)为主，这类薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性，在太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其它光电器件领域具有广阔的应用前景。其中制备技术最成熟、应用最广泛的当属In₂O₃基(In₂O₃：Sn简称ITO)薄膜。但是，由于ITO薄膜中In₂O₃的价格昂贵，从而导致生产成本较高；非氧化铟系列的材料如氧化锡或者氧化锌等，近年也有相当多的研究，但目前这些新的导电薄膜材料在性能上尚无法与氧化铟系列的材料相比拟。

为了获得可见光谱区透射率高、电导率高、性能稳定、附着性好、能符合不同用途、不同要求的高质量的ITO膜。目前发展起来的制膜工艺主要有真空蒸镀工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、脉冲激光沉积(PLD)工艺、真空溅镀工艺以及反应等离子体沉积（RPD）工艺等。反应等离子体沉积（Reactive Plasma Deposition，RPD）是最近发展起来的一种优势明显的薄膜沉积方法。该方法具有以下优势：（1）对衬底的低轰击损伤，RPD镀膜本质上可认为是一种离子辅助蒸发技术，镀膜过程中粒子能量小，几乎不存在高能粒子，低能量的粒子避免了对衬底表面的损伤；（2）可低温获得高质量薄膜，RPD沉积过程的特殊性使得低温条件下也可以获得高质量的薄膜；（3）源材料利用率高，RPD镀膜可控制到达坩埚的等离子束功率密度，最终提高蒸发源材料的利用率，远远高于溅射靶材料的利用率，为降低成本奠定了基础；（4）用途广泛，RPD设备可用于制备IWO、AZO、GZO等透明导电薄膜。

随着电子组件如液晶电视触控屏、薄膜太阳能电池等尺寸越来越大，如何获得更高透光度与电性的ITO薄膜是当务之急。传统的氧化物材料是用热压制程或者冷均压再烧结制程制备得来的，这些方法制得的氧化物材料混合均匀性差，且烧结过程中应力分布不均，不易生产高密度大尺寸的氧化物靶材，且氧化物靶材具高脆性，必须绑定在金属背板上才能使用。针对传统氧化物材料的上述缺陷，为提高溅镀用靶材的利用率，目前业界开始采用圆柱型靶材来溅镀薄膜，但由于这种方法在材料制作过程中的良品率低，从而大幅增加了设备及靶材制作的成本，导致其在镀膜工业的应用中成本仍然相当高。