[发明专利]一种AZO透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种AZO透明导电薄膜及其制备方法，该AZO透明导电薄膜包括基片以及在基片上通过磁控溅射依次而得的Na离子阻挡层、Zn层、AZO层、氧阻挡层、减反层，随后，在600‑700℃下高温钢化处理，最终获得方阻低于20Ω，透过高于70％的AZO透明导电薄膜。

技术领域

本发明涉及氧化锌透明导电氧化物薄膜，尤其涉及一种AZO透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜由于兼具高的透光性能及导电性能，在平板显示、薄膜光伏、建筑节能以及家电玻璃等领域得到了广泛的研究。其中，Sn掺杂In₂O₃(ITO)薄膜具有最佳的导电性能和透光性能，是TCO薄膜主流应用材料。但是由于In元素属于稀有金属元素，在地球上储量不多，且具有一定的毒性，价格昂贵，很难应用于厚膜的沉积与应用。在线生产的氟掺杂SnO₂导电玻璃(FTO)也已在建筑、光伏领域得到部分的应用，也称为在线Low-e玻璃，其导电性能比ITO略差，虽然制造成本相对较低、光学性能优良，但是制造FTO玻璃的在线镀膜技术局限较大，这是由于膜层只能在玻璃制造过程中同步制备，主要技术指标无法根据客户需求灵活调整。目前，三价金属元素掺杂氧化锌材料，特别是Al掺杂ZnO(简称AZO)材料，具有光学特性优异，原料来源广泛，价格低廉且无毒等优点，正成为替代ITO和FTO材料的最佳选择。

AZO薄膜主流的制备方法为磁控溅射法，此方法应用于大面积的工业生产领域，是工艺最成熟、应用最广的薄膜沉积手段，具有沉积速率快，薄膜附着力强，镀膜均匀性高、可控性强以及成本较低等优点。

为了满足在AZO薄膜在Low-E玻璃领域中的应用，需要将AZO薄膜的方阻降至20欧姆以下，常规的做法是将AZO薄膜的厚度提升至800nm以上，这容易带来靶材数量的增加以及制备成本的提升等系列问题。中国发明专利ZL201410011278.9公布了一种高载流子浓度的超薄(～120nm)AZO透明导电薄膜及其制备方法，先采用磁控溅射在玻璃基片上沉积得到Zn层和AZO层，并对沉积后的薄膜进行氩气气氛下的快速退火处理，经过不超过500℃的退火，使Zn层中的Zn原子渗透进入AZO层并形成Zn填隙缺陷，从而提高载流子浓度，进一步降低AZO薄膜的电阻率至3.8×10^-4Ω·cm，方阻为32欧姆。然而，仍存在以下问题：

(1)在溅射过程中通入氢气，使得溅射过程安全性较差；

(2)常规快速退火炉只能进行小面积样品的退火处理，不能满足大面积玻璃样品的退火处理；且快速退火处理只能单批次生产，不能实现连续化的快速生产，生产效率较低，不适合大面积产品的工业化连续生产；

(3)生产成本较高：由于AZO薄膜在高温的空气中容易氧化，导致电学性能急剧下降，因此在后续退火过程中采用氩气作为保护气氛，这进一步增加制造的成本；且大面积快速退火炉过于昂贵；

(4)方阻依然较高，为32欧姆，还不能满足在Low-E玻璃领域低于20欧姆的应用需求；

(5)随着AZO薄膜的厚度增加，光反射增加，会降低薄膜的透过率

(6)高温条件下玻璃中Na离子向薄膜中的扩散会导致性能衰退。

发明内容

为实现上述问题，本发明首先提供了一种AZO透明导电薄膜，包括基片以及在基片上通过磁控溅射依次而得的Na离子阻挡层、Zn层、AZO层、氧阻挡层、减反层；其中，Na离子阻挡层为在基片上溅射硅、氧化钛、氧化锆中的一种而得，氧阻挡层为在AZO层上溅射氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化钛、氧化锌锡中的一种而得，减反层为在氧阻挡层上溅射氧化硅、氟化镁中的一种而得。

进一步地，Na离子阻挡层的膜层厚度10～20nm；Zn层的膜层厚度5～30nm；AZO层的膜层厚度300～500nm；氧阻挡层的膜层厚度30～50nm；减反层的膜层厚度40～150nm。