CN101728008A - 形成透明金属氧化物薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种形成透明金属氧化物薄膜的方法，是在玻璃或塑料基板上制作由SiO₂(二氧化硅)等类涂料制成的抗反射(简称AR)薄膜上镀上一层金属(如铝…)薄膜，再经由400～650℃高温加热进行热处理，使以SiO₂涂料的AR薄膜会与金属薄膜在界面接合处，产生化学变化，这将导致原本具有高反射率的金属薄膜和透明的SiO₂薄膜反应后，重新形成一层透明金属氧化物薄膜(如Si-Al-O薄膜等)；因而形成的衬底基板可提供作处理上透明导电氧化物(简称TCO)薄膜，以使得TCO薄膜具有优良的导电性能。

Description

形成透明金属氧化物薄膜的方法

技术领域

本发明所涉及一种导电基板的制作方法，尤指在板材上制作至少一面的金属氧化物薄膜，于该金属氧化物薄膜上可进一步的制作透明导电氧化物(transparent conductive oxide以下简称TCO)等薄膜。

背景技术

TCO薄膜是一种极具应用价值和潜力的薄膜材料，由于同时具有良好的导电性能与透光性，其在建筑玻璃、液晶显示、透明电极(transparentelectrode)以及太阳能电池等领域皆有广泛的应用；目前较多采用的TCO薄膜主要有ITO(In₂O₃:Sn氧化物)、FTO(SnO₂:F氧化物)、ATO(SnO₂:Sb氧化物)、SnO₂等等。

目前常用的TCO玻璃，乃是将TCO薄膜成长于透明的玻璃基板材料上，现今国内外许多生产TCO玻璃的厂商，为了降低TCO玻璃的制作成本，普遍采用钠钙硅基或硅硼基或SLS(碳酸钠/碳酸钙/硅酸盐玻璃)等平板玻璃做为主要的玻璃基材，因为此类型的玻璃基材不仅拥有良好的透光性，同时亦具有价格上的优势，可以大幅地降低TCO玻璃的生产制作成本。

在实际应用方面，TCO玻璃除了必须符合高的光穿透率的光学特性外，有些应用领域还要求玻璃表面必须具有耐磨、防划、防污、增滑以及抗反射等特性。

另一方面，一般TCO薄膜的制作最常见的方式主要有两种：一为物理气相沉积(Physical vapor deposition以下简称PVD)，其包含蒸镀(evaporation)、溅镀(sputtering)及分子束磊晶成长(Molecular beamepitaxy以下简称MBE)三种不同的技术；二为化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition以下简称CVD)，而经常使用的CVD技术有：(1).『大气压化学气相沉积』(atmospheric pressure CVD、缩写APCVD)系统、(2).『低压化学气相沉积』(low pressure CVD、缩写LPCVD)系统、(3).『等离子体辅助化学气相沉积』(plasma enhanced CVD、缩写PECVD)系统。

在应用实例中发现，TCO薄膜(如fluorine doped tin oxide以下简称FTO、Antimony-doped tin oxide以下简称ATO等)如利用CVD技术，在温度较高的制备条件下(约500～650℃)成长薄膜时，一般的平板玻璃基板会由于高温作用而产生热效应，导致平板玻璃基板中的钠(Na+)或钙(Ca²⁺)等离子会扩散进入TCO薄膜内部，使TCO薄膜的导电性能下降。

现有的制作是将TCO薄膜成长于透明的玻璃基板材料上，而该玻璃基板上则制作有衬底薄膜。

一般衬底薄膜材料的选择，除要求其透光度佳之外，尚且需要考虑它与TCO薄膜及玻璃基材间的热膨胀系数是否匹配的问题。而TCO薄膜衬底材料一般大都采用非晶SiO₂涂层于钠钙玻璃(SiO₂涂层的作用是抑制玻璃中离子向ITO薄膜扩散)、结晶硅、ZnS等基材上、亦可以采用涂层于聚合物材料。

当以平板玻璃为基材时，衬底薄膜的制作一般采用PVD、Dip-Coating、MS、CVD；当基材为塑料基材时，一般用真空蒸镀法(Vacuum Evaporation)、溅射法(sputtering)、离子溅镀法(Ion Beam Sputtering)。

发明内容

本发明主要目的是提供一种衬底基板，是在玻璃基材或塑料基材上制作至少一层AR(anti-reflective以下简称AR)薄膜，在AR薄膜上镀上一层可与AR薄膜产生化学变化的金属薄膜；通过此衬底基板的再加工，可以供作建筑玻璃、液晶显示、透明电极以及太阳能电池等领域的应用。

本发明的另一目的是提供一种衬底基板，以作为制作TCO的基板，此衬底基板主要在AR薄膜上制作一层防止制作TCO薄膜时，玻璃基板中的Na+或Ca²⁺等离子会扩散进入TCO薄膜内部，而导致TCO薄膜的导电性能下降。

附图说明

图1：一剖视图，是在基材上具有抗反射薄膜；

图2：一剖视图，在具有抗反射薄膜的基板上镀上金属薄膜；

图3：使图2的基板加热后形成具有金属氧化物薄膜之板体。

【主要元件符号说明】

10……AR薄膜

20……基板

30……金属薄膜

40……金属氧化物薄膜

具体实施方式

如图1所示是AR薄膜10制作在基板20上之示意图，将AR涂料(如SiO₂涂料)浸涂于基板20至少一侧的表面，接着再以400～600℃高温进行热处理，冷却后即可得到厚度均匀且透明的AR薄膜10，此AR薄膜10最佳的厚度大约介于50nm到250nm之间，其折射系数大约介于1.4到1.6之间，此AR薄膜10可以将玻璃对400～800nm范围的可见光的反射值降到0.1％～0.3％。

本发明可利用溶胶-凝胶(SOL-Gel)法或涂布法，在基板20表面制备如上所述的单层或多层的AR薄膜10，使玻璃表面具有耐磨、防划、防污、增滑以及抗反射等特性。

上述所称基板20，其材质可以是玻璃基材或塑料基材。

如图2、图3所示，在AR薄膜10上镀上一层金属薄膜30(例如铝，以下以铝为例，但本发明不局限于此材质)，金属Al薄膜30的厚度介于5nm到100nm之间，紧接着下一个步骤，再经由400～650℃高温加热进行热处理，使以SiO₂涂料的AR薄膜10会与金属Al薄膜30在界面接合(interface contact)处，产生化学变化，这将导致原本具有高反射率的金属Al薄膜30和透明的SiO₂薄膜反应后，重新形成一层透明且表面具有微结构(Microstructure)的Si-Al-O薄膜40(即金属氧化物薄膜40)。

上述所称的金属，其至少可以是铝(Al)，银(Ag)，金，钼(Mo)，铬(Cr)或镁(Mg)等。

利用上述具有金属氧化物薄膜40的构成体(或称衬底基板)，可在其上进一步的制作上TCO薄膜(未绘示)等薄膜。

依照上述方法制成的AR薄膜10及金属氧化物薄膜40不仅可以用以抵档平板玻璃基材20中Na⁺或Ca²⁺等离子的热扩散(thermal diffusion)的问题，还可以增加玻璃与TCO薄膜之间的附着力(adhesion)，尤其是在使用CVD镀膜技术时，FTO与ATO薄膜表面凹凸结构(texture structure)的形成，皆会有很大的帮助。

Claims (13)

1.一种形成透明金属氧化物薄膜的方法，其制备方法为：

a)在基材的至少一面上设置AR薄膜；

b)在AR薄膜上镀上一层金属薄膜；

c)经由400～650℃高温加热进行热处理，使金属薄膜和AR薄膜反应后，新形成一层表面为金属氧化物的薄膜；

上述制备方法可制成具有透明金属氧作物薄膜的构体。

2.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称基材为玻璃。

3.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称基材为塑料。

4.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜为铝。

5.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜为银。

6.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其中所称金属薄膜为金。

7.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜为钼。

8.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜为铬。

9.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜为镁。

10.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称AR薄膜的厚度介于50nm～250nm。

11.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称AR薄膜可通过溶胶-凝胶SOL-Gel法制成于基板表面。

12.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称AR薄膜可通过涂布法制成于基板表面。

13.依权利要求1所述的形成透明金属氧化物薄膜的方法，其特征在于，所称金属薄膜的厚度为5nm～100nm。

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