CN101697288A - 一种金属银/金属氧化物的透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由金属银和金属氧化物组成的透明导电薄膜及其薄膜的制备方法。所述的透明导电薄膜，由基片、薄膜缓冲层、薄膜导电层、透明导电薄膜保护层至下而上逐层排列。导电层是金属银薄膜，厚度3到10纳米；薄膜缓冲层厚度为10到30纳米；透明导电薄膜保护层厚度为20到50纳米。其制备方法是：采用磁控溅射镀膜技术，通过传送带带动基片在真空腔内的移动，分别在三个真空腔先后在基片层上逐层镀上缓冲层、导电层、透明导电薄膜保护层。本发明制备的薄膜在可见光区的光学透过率大于80％，面电阻小于10Ω。导电层和透明导电薄膜保护层的厚度都很薄，节省材料的用量，所需的镀膜时间短，在工业化大批量生产中有很高的生产效率。

Description

一种金属银/金属氧化物的透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种透明导电薄膜及其制备方法，特别是由金属银层和金属氧化物层双层薄膜组成的透明导电薄膜及其薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是一种具有高光学透明性和良好导电性的薄膜，它已经广泛应用于各种显示器件和太阳能电池等光电子器件的电极材料。目前通常使用的透明导电薄膜材料是氧化铟锡(掺锡氧化铟)和氧化锌铝(掺铝氧化锌)；其中，氧化铟锡由于其具有优良的性能和容易制备而应用最为广泛，但是，铟属于稀有金属，随着氧化铟的大量使用，铟的价格不断上升，所以急需寻找新的透明导电材料来替代氧化铟。锌在自然界有丰富的资源，氧化锌的价格大大低于氧化铟的价格，氧化锌铝的光电学性能也较好，氧化锌铝可能作为氧化铟锡的替代产品。但是氧化锌铝的厚度必须超过400纳米后(通常氧化铟锡的厚度只要100多纳米)，其电学性质才比较优良，而生产厚度较厚的薄膜需要更长的镀膜时间，使得工业生产效率低，薄膜制造成本高，同时材料用量也相应增加。

发明内容

针对这一情况，本发明的目的是制备出一种由金属银和金属氧化物双层薄膜组成的具有良好光学透明性且具有良好导电的薄膜材料，以及该材料的高效率制备方法。

为实现本发明的目的，本发明提供一种主要由金属银/金属氧化物构成的透明导电薄膜，其特征是：该薄膜包括基片层、由氧化硅薄膜构成的薄膜缓冲层、由金属银构成的薄膜导电层、由金属氧化物构成的透明导电薄膜层，且至下而上逐层排列。

本发明的另一个目的是利用三个真空腔分别磁控溅射，依次进行薄膜缓冲层、薄膜导电层、透明导电薄膜保护层的磁控溅射制备。镀好一层后，基片由传送带自动传送到下一个真空腔镀制下一层薄膜，实现高效率的工业生产。

制备金属银/金属氧化物透明导电薄膜的高效率制备方法。本方法制备出的薄膜，具有良好导电性能和光学透明性，在可见光范围的光学透射率大于80％，电阻率小于10^-4Ωcm²，面电阻小于10Ω。可以使用在各种光电显示器、太阳能电池等光电子器件。

本发明所述的由金属银构成的薄膜导电层，银的纯度在99.99％以上，所用银靶材和磁铁为窄宽度长条形，银薄膜的厚度为3到10纳米。

本发明所述的薄膜缓冲层是氧化硅薄膜，其厚度为10到30纳米。

本发明所述的金属氧化物构成的透明导电薄膜保护层是指氧化锌、氧化钛、氧化铌、氧化铟、氧化铟锡或氧化锌铝，保护层厚度为20到50纳米。

本发明所述的基片层材料是指氧化铝、光学玻璃、石英或透明塑料，基片尺寸最大可以到1.2×1.2m²。

制备时，以基层为基材，通过磁控溅射镀膜方法，分别在三个真空腔内，先将氧化硅沉积在基层的表面，制备出薄膜缓冲层，其厚度控制在10到30纳米之间。然后采用相同的镀膜方法，在缓冲层上制备银薄膜，银薄膜的厚度控制在3到10纳米。最后再用相同的镀膜方法，在银薄膜的上方沉积透明导电薄膜保护层，保护层厚度控制在20到50纳米。所述的三个真空腔之间，是利用传送带带动基片在真空腔内移动，在三个真空腔内分别依次沉积薄膜缓冲层、导电层和透明导电薄膜保护层。

相对于现有技术，本发明在很薄的导电层(银)薄膜上镀上薄的透明导电薄膜保护层作为透明导电薄膜，具有高的光学透明性和导电性，可应用于各种显示器件和太阳能电池等光电子领域。银层和透明导电薄膜保护层的厚度都在几十纳米以内，可节省材料，厚度薄则所需的镀膜时间很短，生产速度快，在工业化大批量生产时有很高的生产效率。

附图说明

图1是本发明金属银/金属氧化物的透明导电薄膜结构纵向剖面图。

图2是金属银/金属氧化物的透明导电薄膜制备方法流程图。

图1中，4是基层；3是在基层上方的薄膜缓冲层；2是在薄膜缓冲层3上方的薄膜导电层；1是在薄膜导电层2上方的透明导电薄膜保护层。其中，薄膜导电层2是金属银，银薄膜的厚度在3到10纳米之间；透明导电薄膜保护层3是金属氧化物，保护层的厚度在20到50纳米之间。保护层3与导电层2配合实现透明和导电的功能。

图2中，以基层为基材，通过磁控溅射镀膜方法，先将氧化硅沉积在基层的表面，制备出薄膜缓冲层，其厚度控制在10到30纳米之间。然后采用相同的镀膜方法，在缓冲层上制备银薄膜，银薄膜的厚度控制在3到10纳米。最后再用相同的镀膜方法，在银薄膜的上方沉积透明导电薄膜保护层，保护层材料可以是氧化锌、氧化钛、氧化铌、掺锡氧化铟、掺铝氧化锌，透明导电薄膜保护层厚度控制在20到50纳米。

具体实施方式

下面将结合附图以实施例的方式对本发明作进一步的说明：

实施例1

包括基层4；在基层4上设置的薄膜缓冲层3；附着在缓冲层3上的薄膜导电层2；附着在薄膜导电层2上的透明导电薄膜保护层1。其中：基层材料为石英；缓冲层材料为氧化硅薄膜，薄膜导电层材料为银，透明导电薄膜保护层材料为掺铝氧化锌。

1、薄膜缓冲层的制备

利用直流反应磁控溅射在石英基片上沉积二氧化硅薄膜，薄膜厚度为10纳米，溅射目标靶材料为金属硅(纯度为99.99％)，氩气的流量为每分钟200立方厘米，氧气的流量为每分钟100立方厘米，溅射功率为2000瓦，溅射气压为0.9帕。

2、薄膜导电层银的制备

利用直流磁控溅射在沉积有二氧化硅薄膜的表面沉积金属银薄膜，银薄膜的厚度为5纳米，溅射目标靶材料为银(纯度99.99％)，溅射功率为500瓦，溅射气压为1.0帕。

3、透明导电薄膜保护层的制备

利用直流反应磁控溅射在银薄膜的上方沉积掺铝氧化锌薄膜，薄膜厚度为30纳米，溅射的工作气体为氩气，溅射靶材为掺铝氧化锌靶(纯度为99.99％)，氧化铝的重量百分比为2％，溅射时通入氧气作为反应气体，溅射功率为3000瓦，溅射气压为0.9帕。

实施例2

包括基层4；在基片4上设置的薄膜缓冲层3；附着在缓冲层3上的薄膜导电层2；附着在薄膜导电层2上的透明导电薄膜保护层1。其中：基层材料为玻璃；缓冲层材料为氧化硅薄膜，薄膜导电层材料为银，薄膜保护层材料为掺锡氧化铟薄膜。

1、薄膜缓冲层的制备

利用直流反应磁控溅射在玻璃基片上沉积二氧化硅薄膜，薄膜厚度为20纳米，溅射目标靶材料为金属硅(纯度为99.99％)，氩气的流量为每分钟200立方厘米，氧气的流量为每分钟120立方厘米，溅射功率为3000瓦，溅射气压为0.9帕。

2、薄膜导电层银的制备

利用直流磁控溅射在沉积有二氧化硅薄膜的表面沉积金属银薄膜，银薄膜的厚度为4纳米，溅射目标靶材料为银(纯度99.99％)，溅射功率为400瓦，溅射气压为1.0帕。

3、透明导电薄膜保护层的制备

利用直流反应磁控溅射在银薄膜的上方沉积掺锡氧化铟薄膜，薄膜厚度为25纳米，溅射的工作气体为氩气，溅射靶材为掺锡氧化铟靶(纯度为99.99％)，氧化锡的重量百分比为10％，溅射时通入氧气作为反应气体，溅射功率为2500瓦，溅射气压为0.9帕。

Claims (7)

1.一种金属银/金属氧化物的透明导电薄膜，其特征是：该薄膜材料包括基片层、由金属氧化物组成的薄膜缓冲层、由金属银构成的薄膜导电层、由金属氧化物构成的透明导电薄膜保护层，且至下而上逐层排列。

2.根据权利要求1所述的金属银/金属氧化物的透明导电薄膜，其特征在于所述的薄膜导电层由金属银构成，银的纯度在99.99％以上，薄膜导电层的厚度为3-10纳米。

3.根据权利要求1所述的金属银/金属氧化物的透明导电薄膜，其特征在于所述的透明导电薄膜保护层是氧化锌、氧化钛、氧化铌、氧化铟、氧化铟锡或氧化锌铝，其厚度为20到50纳米。

4.根据权利要求1所述的金属银/金属氧化物的透明导电薄膜，其特征在于所述的薄膜缓冲层是氧化硅薄膜构成，其厚度为10到30纳米。

5.根据权利要求1所述的金属银/金属氧化物的透明导电薄膜，其特征在于所述的基片层材料是指氧化铝、光学玻璃、石英或透明塑料，基片尺寸最大可以到1.2×1.2m²。

6.一种金属银/金属氧化物的透明导电薄膜的制备方法，其特征是制备时以基层为基材，通过磁控溅射镀膜方法，分别在三个真空腔内，先将氧化硅沉积在基层的表面，制备出薄膜缓冲层，其厚度控制在10到30纳米之间；然后采用相同的镀膜方法，在缓冲层上制备银薄膜，银薄膜的厚度控制在3到10纳米；最后再用相同的镀膜方法，在银薄膜的上方沉积透明导电薄膜保护层，保护层厚度控制在20到50纳米。

7.根据权利要求6所述的金属银/金属氧化物的透明导电薄膜的制备方法，其特征是所述的三个真空腔之间，是利用传送带带动基片在真空腔内移动，在三个真空腔内分别依次沉积薄膜缓冲层、导电层和透明导电薄膜保护层。

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