CN101552049A

CN101552049A - 一种透明导电层结构及其制备方法

Info

Publication number: CN101552049A
Application number: CNA2008100891532A
Authority: CN
Inventors: 谢逸弘; 简永杰
Original assignee: Contrel Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Contrel Technology Co Ltd; Contrel Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明公开了一种透明导电层结构及其制备方法，其结构主要包含一基板以及一透明导电薄膜。该透明导电薄膜以无电镀析镀工艺形成于该基板上方，用以取出电能与提升光电转换的效率。由于其工艺简单与镀膜工艺快速，使其工艺成本可大幅降低。

Description

一种透明导电层结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种透明导电层的结构及其制备方法，尤其涉及使用无电镀析镀工艺形成的透明导电层结构。使用无电镀析镀工艺具有设备简单，成本低廉，镀膜工艺快速，可大面积制造，且镀膜质量良好等优点，以上优点都能使工艺成本降低。

背景技术

随着科技不断的发展，透明导电薄膜(Transparent conductive oxide)更被广泛地被运用于日常光电产品，像是近年来的通信产品、个人数字助理器、液晶显示器或是3C产品的整合等等。透明导电薄膜可作为液晶显示器上的导电膜，此液晶显示器使用于随身携带型计算机，掌上型计算机数据本及手提电话等。透明导电薄膜也被广泛应用，如航空、军事用仪表显示器的保护镜等。除上述的应用外，节约能源及保护隐私用的开关式透光玻璃(SwitchGlazing)，也使用于建筑大楼及汽车窗户上。另，表面传感器(Ozone及NO2及CCl4)、抗反射膜(antireflection coating)、寒带地区除雾及加热面板、光电组件导电膜以及有机发光二极管电极等，都视该透明导电膜为其产品的关键材料之一。

所谓透明导电膜是指在可见光范围内具有低电阻(比电阻值低于1×10-3Ω/cm)及高透光性的薄膜。为达到轻薄短小的特性，以塑料材料取代传统的玻璃与金属仍是主要趋势。需注意的是，于塑料基材镀透明导电膜时，须用低温工艺。然而，目前透明导电薄膜的制备方法，都以物理器相沉积溅镀工艺为主，其溅镀工艺所需的真空设备及靶材费用往往高的吓人，且不利于大面积制造，使工艺成本低不下来，并且溅镀工艺所需时间较长，因此工艺成本较高。

过去并无无电镀析镀工艺制作透明导电层的方法。因此，有必要提出一种透明导电层的结构及其制备方法，利用无电镀析镀工艺制作出大面积与质量良好的该透明导电薄膜。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种透明导电层结构及其制备方法。其中，该透明导电薄膜的制备方法以无电镀析镀工艺为主，提供一成本低廉与质量良好的透明导电薄膜。

为实现上述的主要目的，发明提出一种透明导电薄膜的结构，其包含一基板以及一透明导电薄膜。该基板的一面为照光面，且该透明导电薄膜使用一种无电镀析镀工艺形成于该基板上，用以取出电能与提升光电转换的效率。

根据本发明的一种透明导电层的结构，其中该基板选自于玻璃、石英、透明塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。

根据本发明的一种透明导电层的结构，其中该透明导电膜选自铟锡氧化层、二氧化锡、氧化锌所组成族群中的任何一种材料。

根据本发明的一种透明导电层的结构，其中该透明导电膜的结晶尺寸在2纳米到15纳米之间。

根据本发明的一种透明导电层的结构，其中该透明导电膜的厚度在20纳米到300纳米之间。

为达上述目的，本发明提出一种透明导电层的制备方法，其包含下列步骤：(A)提供一基板；(B)进行浸渍工艺；(C)进行金属离子吸附；(D)进行还原工艺；(E)进行镀浴工艺；以及(F)进行退火工艺。其中该步骤(A)的该基板为承载主体用。该步骤(B)的该浸渍工艺以碱性溶液浸渍，用以浸泡该基板产生一负电位表面。该步骤(C)的该金属离子吸附以库伦力的原理使该带负电位表面吸附带正电的金属离子。该步骤(D)的该还原工艺用以还原金属离子，并形成多个晶种层于该基板上。该步骤(E)的该镀浴工艺以金属离子溶液构成，用以浸泡该多个晶种层，使其形成一薄膜；以及该步骤(F)的该退火工艺以氧退火方式使该薄膜氧化成透明导电薄膜。

根据本发明的一种透明导电薄膜的制备方法，其中该浸渍工艺的碱性溶液以氢氧化铵混合双氧水与水所组成。

根据本发明的一种透明导电薄膜的制备方法，其中该镀浴工艺的金属离子溶液以锡离子或锌离子所组成族群中的任何一种离子溶液。

综上所述，该透明导电层所使用的无电镀析镀工艺具有设备简单，成本低廉，镀膜工艺快速，可大面积制造，镀膜质量良好等优点。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，本说明书中特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明。相关附图内容说明如下。

图1显示为本发明的一种透明导电层的结构；

图2显示为本发明的一种透明导电层的制备方法的第一实施例；

图3显示为本发明的一种透明导电层的制备方法的第二实施例。

其中，附图标记：

100：透明导电层的结构110：基板

120：透明导电薄膜 200：透明导电层的制备方法

210：提供一基板 220：浸渍工艺

230：金属离子吸附 240：还原工艺

250：镀浴工艺 260：退火工艺

300：透明导电层的制备方法

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说明者为本发明的较佳实施例，并请了解本文所揭示者系考虑为本发明的一范例，且并非意图用以将本发明限制于附图及/或所描述的特定实施例中。

请参照图1，其所示为一种透明导电层的结构100。该具有透明导电薄膜的结构，其包含一基板110以及一透明导电薄膜120。该基板110的一面为照光面，且该透明导电薄膜120使用一种无电镀析镀工艺形成于该基板110上，用以取出电能与提升光电转换的效率。为了得到较佳的透光特性与较低的制造成本，该基板110选自玻璃、石英、透明塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。经由无电镀工艺形成的该透明导电薄膜120的结晶尺寸在2纳米到15纳米之间，且其厚度在20纳米到300纳米之间。

请参照图2，其所示为本发明的一种透明导电层的制备方法，其包含下列步骤：(A)提供一基板(步骤210)；(B)进行浸渍工艺(步骤220)；(C)进行金属离子吸附(步骤230)；(D)进行还原工艺(步骤240)；(E)进行镀浴工艺(步骤250)；以及(F)进行退火工艺(步骤260)。

本发明的第一实施例200包含该步骤(A)：提供该基板110为承载主体用，且该基板110选自玻璃、石英、透明塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。该步骤(B)：该浸渍工艺220以碱性溶液浸渍，用以浸泡该基板110产生一负电位表面，其浸泡时间为5～15分钟，且该碱性溶液于浸泡该基板110的温度为20～90℃。该负电位表面即是经由去质子化反应，使薄膜形成O一。其中，碱性溶液也称之为SC1，其成分为双氧水(H2O2)∶氢氧化铵(NH4OH)∶水(H2O)＝1∶1∶5，且酸碱值在9.0～10.0之间。SC1为美国RCA公司在1970年初所开发的硅晶圆清洗技术，可用以有效的去除尘口吸附、轻微的有机物污染及部份口属原子污染，该SC1于此可清洗该基板110表面，并且进一步使该基板110表面带负电位。当选用适当酸碱值的碱性溶液浸渍该基板110时，活性表面会吸附大量的氢氧基，并立即产生脱氢反应。而所谓的脱氢反应即是将具有氢氧终止(Terminated)基的金属氧化物表面，置于该适当酸碱值的碱性溶液中，经由酸碱平衡反应移除氢氧基中的氢离子，借此形成带负电位的表面区域。其反应式为：SiOH+OH-□SiO-+H2O。上述的脱氢反应即形成该基板110的该负电位表面。需注意的是，必须选用适当的碱性溶液(需考虑成分、种类、浓度以及温度)用以产生有效的该负电位表面，此过程也称之为活化处理。能否成功的产生金属离子的吸附即在此关键工艺处里。该步骤(C)：将该基板110的该负电位表面浸入具有锡离子的金属离子溶液中，即形成金属离子库伦静电吸附或离子交换的行为，该负电位表面因而产生密集分布的原子级金属离子的纳米微粒。该基板110的该负电位表面浸入具有锡离子的金属离子溶液的时间为5～15分钟，且该具有锡离子的金属离子溶液的温度为10～30℃。该金属离子吸附230以库伦力的原理使该带负电位表面吸附带正电的金属离子。该步骤(D)：该还原工艺240系用以还原金属离子，并形成多个晶种层于该基板110上。将该基板110浸泡于还原性化学溶液中1～2小时，且浸泡该基板110的溶液温度为70～90℃。利用还原性退火气氛与还原性化学溶液对吸附于该负电位表面的带正电金属离子进行适当的处理后，该带正电的金属离子可被还原为中性金属微粒，并具有催化无电镀的功能。需注意的是，该中性金属微粒也被视为该多个晶种层，其用以成长薄膜。该步骤(E)：该镀浴工艺250以金属离子溶液构成，用以浸泡该多个晶种层，使其形成一薄膜。利用适当的无电镀溶液，可在该基板110上成功的进行金属锡薄膜的沉积。以及该步骤(F)：利用该退火工艺260，以氧退火方式使该薄膜氧化成透明导电薄膜120。其中，该透明导电薄膜120为氧化锡薄膜。该退火工艺260以快速真空退火炉管(Rapid thermal annealing)或退火炉管(Annealing)所组成族群中的任何一种炉管。需注意的是，该退火工艺260并非沉积薄膜的工艺，其利用适当的热处理条件使发生回复、再结晶与晶粒成长的过程。

请参照图3，其为本发明的第二实施例300。需注意的是，该第二实施例300类似于第一实施例200。其主要差别在于，本发明的第二实施例300将该第一实施例200的步骤(C)改为步骤(C1)：将该基板110的该负电位表面浸入具有锌离子的金属离子溶液中，形成金属离子库伦静电吸附或离子交换的行为，该负电位表面因而产生密集分布的原子级金属离子的纳米微粒。该基板110的该负电位表面浸入具有锌离子的金属离子溶液的时间为5～15分钟，且该具有锌离子的金属离子溶液的温度为10～30℃。该金属离子吸附230以库伦力的原理使该带负电位表面吸附带正电的金属离子。并将该步骤(D)改为步骤(D1)：该还原工艺240用以还原锌离子，并形成多个晶种层于该基板110上。将该基板110浸泡于还原性化学溶液中1～2小时，且浸泡该基板110的溶液温度为70～90℃。利用还原性退火气氛或还原性化学溶液对吸附于该负电位表面的带正电的锌离子进行适当的处里后，该带正电的锌离子可被还原为中性金属微粒，并具有催化无电镀的功能。需注意的是，该中性金属微粒也被视为该多个晶种层，其用以成长薄膜。该步骤(E)改为步骤(E1)：该镀浴工艺250以锌为主的金属离子溶液构成，用以浸泡该多个晶种层，使其形成一薄膜。利用适当的无电镀溶液，可在该基板110上成功的进行金属锌薄膜的沉积。以及该步骤(F)改为步骤(F1)：利用该退火工艺260，以氧退火方式使该薄膜氧化成透明导电薄膜120。其中，该透明导电薄膜120为氧化锌薄膜。该退火工艺260以快速真空退火炉管或退火炉管所组成族群中的任何一种炉管。需注意的是，该退火工艺260并非沉积薄膜的工艺，其利用适当的热处理条件使发生回复、再结晶与晶粒成长的过程。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种透明导电层的结构，其特征在于，包含：

一基板，该基板的一面系为照光面；以及

一透明导电薄膜，使用一无电镀析镀工艺所形成于该基板上，用以取出电能与提升光电转换的效率。

2.根据权利要求1所述的透明导电层的结构，其特征在于，该无电镀析镀工艺包含下列步骤：

进行一浸渍工艺，以碱性溶液浸渍，用以浸泡该基板产生一负电位表面；

进行金属离子吸附，以库伦力的原理使该带负电位表面吸附带正电的金属离子；

进行一还原工艺，用以还原金属离子，并形成多个晶种层于该基板上；

进行一镀浴工艺，以金属离子溶液构成，用以浸泡该多个晶种层，使其形成一薄膜；以及

进行一退火工艺，以氧退火方式使该薄膜氧化成透明导电薄膜。

3.根据权利要求1所述的透明导电层的结构，其特征在于，该基板选自于玻璃、石英、透明塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。

4.根据权利要求1所述的透明导电层的结构，其特征在于，该透明导电膜选自铟锡氧化层、二氧化锡、氧化锌所组成族群中的任何一种材料。

5.根据权利要求1所述的透明导电层的结构，其特征在于，该透明导电膜的结晶尺寸在2纳米到15纳米之间。

6.根据权利要求1所述的透明导电层的结构，其特征在于，该透明导电膜的厚度在20纳米到300纳米之间。

7.一种透明导电层的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

提供一基板，该基板为承载主体用；

8.根据权利要求7所述的透明导电层的制备方法，其特征在于，该基板选自于玻璃、石英、透明塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。

9.根据权利要求7所述的透明导电层的制备方法，其特征在于，该浸渍工艺的碱性溶液以氢氧化铵混合双氧水与水所组成。

10.根据权利要求7所述的透明导电层的制备方法，其特征在于，该镀浴工艺的金属离子溶液以锡离子或锌离子所组成族群中的任何一种离子溶液。