CN110034177A - 一种光电复合薄膜及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光电复合薄膜及其用途，所述薄膜包括基板以及依次层叠于所述基板上的第一功能层、第二功能层以及第三功能层，所述第一功能层以及第二功能层的原料分别独立地为金属或金属氧化物，所述第三功能层的原料为金属氧化物。
Description
技术领域
本发明属于光电技术领域，涉及一种光电薄膜，尤其涉及一种光电复合薄膜及其用途。
背景技术
有机半导体和金属氧化物半导体薄膜晶体管具有成本低透明度高可弯曲可大面积生产等特点，已经成为硅基薄膜晶体管的极具潜力的替代者而薄膜晶体管之所以成为研究热点，主要是因为它是平板显示射频识别标签和电子线路中重要的电子器件之一特别是在可见光范围内透射率高的透明薄膜晶体管，已成为下一代光电子产品中需要解决的核心技术课题目前的透明薄膜晶体管，根据有源层的不同，主要分为三类：透明有机薄膜晶体管、透明金属氧化物薄膜晶体管和透明碳基薄膜晶体管。但是以上三类器件都存在各自难以解决的问题。经过多年的研究，有机半导体材料的迁移率虽然有较大的提升，然而与无机半导体材料相比仍然存在很大差距；另外，由于作为透明电极的透明导电薄膜的制备方式与有机材料难以实现良好的兼容，也限制了透明有机薄膜晶体管性能的提升。对于金属氧化物半导体材料而言，虽然由其制备的金属氧化物薄膜晶体管性能最优，但是其复杂的工艺过程昂贵的制造设备也限制了其在透明薄膜晶体管中的应用。关于碳基材料，由于很难将金属性和半导体性的碳纳米管彻底分离，虽然其薄膜晶体管具有较高的迁移率，但是有源层薄膜的导电性能均一性较差，使器件的开关比很低，不满足在电路中的实际应用。为了克服以上问题，Lu等人研制了一种自组装沟道的超低工作电压的薄膜晶体管(IEEE.Elect.Dev.L，2010，31(10):1137-1139)，简化了工艺过程，得到了较好的器件性能。但是，目前的自主装沟道多为含金属铟材料的半导体和导体材料，在制备过程中需要很高的工艺温度，难以发挥薄膜晶体管在柔性电子器件中的优势。因此，目前急需一种新型材料和薄膜体系，作为自组装薄膜晶体管或其它光电子器件的核心功能层。
CN 107086229 A公开了一种OLED显示装置，通过采用功能层代替传统OLED显示装置中的IDL层，其中，功能层可以是材质为分子排列成条状的透明有机材料的单层膜结构，还可以是包括由有机薄膜层和材质为透明无机材料或金属氧化物的无机薄膜层构成的复合膜层结构，同时也可以是由高透过率、低水氧穿透率的可热固填充结构与有机薄膜层构成的复合薄膜层结构。
CN 102969364 A公开了一种改善器件均匀性的顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法，涉及薄膜晶体管领域。该薄膜晶体管包括基板、有源层辅助电极、有源层、绝缘层、栅极、源极和漏极；其中，有源层辅助电极设于基板之上，有源层设于有源层辅助电极之上，源极设于有源层上侧之一端，漏极设于有源层上侧之另一端，绝缘层设于有源层上侧之中部，栅极设于绝缘层之上；有源层为复合膜层结构或单层膜层结构，当有源层为复合膜层结构时，从下而上依次为贫氧型金属氧化物膜层、富氧型金属氧化物膜层；当有源层为单层膜层结构时，为金属氧化物膜层。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种光电复合薄膜，所述复合薄膜具有优异的导电性和可见光透过率，与基板之间具有较强的附着力，硬度高，化学稳定性好。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种光电复合薄膜，所述薄膜包括基板以及依次层叠于所述基板上的第一功能层、第二功能层以及第三功能层，所述第一功能层以及第二功能层的原料分别独立地为金属或金属氧化物，所述第三功能层的原料为金属氧化物。
作为本发明优选的技术方案，所述金属为银和/或钛锆合金。
优选地，所述金属氧化为氧化银和/或氧化锆钛。
本发明中，选用的金属和金属氧化物所沉积形成的薄膜，具有互相匹配的合适的表面能，有利于诱导沉积之上的薄膜在厚度很小的情况下，同时具有良好的均一性，进而获得性能优异的复合光电薄膜。
作为本发明优选的技术方案，所述第一功能层、第二功能层以及第三功能层的厚度分别独立地为0.1～150nm，如0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、50nm、80nm、100nm、120nm或150nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20nm、9nm或30nm。
作为本发明优选的技术方案，所述锆钛合金中金属锆与金属钛的质量比为10000:1～1:10000，如10000:1、5000:1、2000:1、1000:1、500:1、200:1、100:1、50:1、20:1、10:1、5:1、2:1、1:1、1:2、1:5、1:10、1:20、1:50、1:100、1:200、1:500、1:1000、1:2000、1:5000或1:10000等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50:1。
作为本发明优选的技术方案，所述基板包括柔性基板和刚性基板。
作为本发明优选的技术方案，所述柔性基板包括塑料基板或金属箔片基板。
优选地，所述刚性基板包括玻璃基板、石英基板或半导体基板中的任意一种。
本发明目的之二在于提供一种上述复合薄膜的制备方法，所述的制备方法为：在基板上使用包括电子束蒸发法、热蒸发法、磁控溅射法或离子溅射法中的任意一种依次制备第一功能层、第二功能层以及第三功能层。
作为本发明优选的技术方案，使用所述电子束蒸发法制备含有氧化银和/或氧化锆钛的第一功能层、第二功能层或第三功能层需以氧气作为反应气体。
本发明中，使用所述电子束蒸发法制备不含有氧化银和氧化锆钛的第一功能层、第二功能层或第三功能层时可直接进行蒸镀。
作为本发明优选的技术方案，使用所述磁控溅射法制备含有氧化锆钛的第一功能层、第二功能层或第三功能层需以氩气作为工作气体，氧气作为反应气体。
本发明中，使用所述磁控溅射法制备第一功能层、第二功能层或第三功能层时，金属银和金属锆钛合金薄膜采用直流溅射沉积制备，氧化银层和氧化锆钛层的沉积制备采用的是氧化银和氧化锆钛的陶瓷靶材，利用中频或射频电源进行溅射沉积，其中工作气体为氩气，反应气体为氧气。
本发明目的之三在于提供一种上述复合薄膜的用途，所述复合薄膜用于制备全透明薄膜晶体管、自主装沟道型薄膜晶体管、有机发光或激光器件、量子点发光或激光器件、钙钛矿发光或激光器件、平板显示、触摸屏、热镜以及电致变色智能窗口。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)选用的金属氧化物和金属之间，具有合适的匹配的表面能；
(2)由于表面能的匹配，使得可形成超薄均一的薄膜；
(3)该复合薄膜具有优异的光电特性和稳定性，如较高的可见光透过率，可见光平均透过率可达85％以上，波长550nm处透过率可达90％以上，低电阻，面电阻可低至3Ω/□，较高的硬度和化学稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种光电复合薄膜的结构示意图；
图中：100-基板，200-第一功能层，300-第二功能层，400-第三功能层。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，35nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例2：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，35nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，12nm厚的氧化银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备，其中第二功能层300氧化银的反应气体是氧气。
实施例3：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，1nm厚的金属锆钛合金作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例4：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，1nm厚的金属锆钛合金作为第一功能层200，12nm厚的氧化银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备，其中第二功能层300氧化银的反应气体是氧气。
实施例5：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，1nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，10nm厚的金属银作为第二功能层300，40nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例6：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，10nm厚的金属锆钛作为第一功能层200，15nm厚的金属银作为第二功能层300，150nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例7：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，1nm厚的金属锆钛合金作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。其中第一功能层200金属锆钛和第二功能层300金属银采用电子束热蒸发的方式制备，第三功能层400氧化锆钛采用磁控溅射的方式制备，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
实施例8：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，1nm厚的金属锆钛作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，30nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第三功能层氧化锆钛采用直流反应溅射的方式制备，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
实施例9：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，10nm厚的金属锆钛合金作为第一功能层200，15nm厚的金属银作为第二功能层300，30nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第三功能层氧化锆采用直流反应溅射的方式制备，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
实施例10：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，0.5nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，10nm厚的金属银作为第二功能层300，30nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第一功能层200和第三功能层400的氧化锆采用直流反应溅射的方式沉积，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
实施例11：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，30nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，30nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。其中第一功能层200和第三功能层400的氧化锆钛采用电子束热蒸发的方式制备，第二功能层300的金属银采用磁控溅射的方式制备。
实施例12：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，30nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，10nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第一功能层和第三功能层的氧化锆采用直流反应溅射的方式沉积，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
实施例13：
将平板玻璃作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，30nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，10nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第一功能层200和第三功能层400的氧化锆钛采用中频或射频溅射的方式制备，靶材为氧化锆钛陶瓷靶材，第二功能层300金属银采用直流溅射方式制备。
实施例14：
将柔性塑料作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，35nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，15nm厚的金属银作为第二功能层300，40nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例15：
将柔性塑料作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，15nm厚的金属锆钛合金作为第一功能层200，15nm厚的金属银作为第二功能层300，100nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用电子束热蒸发的方式制备。
实施例16：
将柔性塑料作为基板100清洗干净并烘干后依次制备，30nm厚的氧化锆钛作为第一功能层200，12nm厚的金属银作为第二功能层300，35nm厚的氧化锆钛作为第三功能层400。以上三层结构均采用磁控溅射的方式制备，其中第一功能层和第三功能层的氧化锆钛采用直流反应溅射的方式沉积，靶材为金属锆钛合金，工作气体为氩气，反应气体为氧气。
本发明实施例1-16中使用的锆钛合金中金属锆与金属钛的质量比为100：1～20:1。
对实施例1-16制备得到的光电复合薄膜的性能进行测试，其结果如表1所示。
(1)面电阻：采用四探针面电阻测试仪，在室温条件下，得到薄膜面电阻，每个实施例分别测量10样品取其平均值；
(2)平均透过率(380nm～780nm)：采用紫外可见光分光光度计，在室温条件下，得到薄膜平均透过率，每个实施例分别测量10样品取其平均值；
(3)波长550nm处透过率：采用紫外可见光分光光度计，在室温条件下，得到薄膜在波长550nm处透过率，每个实施例分别测量10样品取其平均值。
表1
通过表1的测试结果可以看出本发明提供的光电复合薄膜具有优异的光电特性和稳定性，如较高的可见光透过率，可见光平均透过率可达85％以上，波长550nm处透过率可达90％以上，低电阻，面电阻可低至3Ω/□。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种光电复合薄膜，其特征在于，所述薄膜包括基板以及依次层叠于所述基板上的第一功能层、第二功能层以及第三功能层，所述第一功能层以及第二功能层的分别独立地为金属或金属氧化物，所述第三功能层为金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述金属为银和/或钛锆合金；
优选地，所述金属氧化为氧化银和/或氧化锆钛。
3.根据权利要求1或2所述的复合薄膜，其特征在于，所述第一功能层、第二功能层以及第三功能层的厚度分别独立地为0.1～150nm，优选为20nm、9nm或30nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合薄膜，其特征在于，所述锆钛合金中金属锆与金属钛的质量比为10000:1～1:10000，优选为50:1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合薄膜，其特征在于，所述基板包括柔性基板和刚性基板。
6.根据权利要求1-4任一项所述的复合薄膜，其特征在于，所述柔性基板包括塑料基板或金属箔片基板；
优选地，所述刚性基板包括玻璃基板、石英基板或半导体基板中的任意一种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：在基板上使用包括电子束蒸发法、热蒸发法、磁控溅射法或离子溅射法中的任意一种依次制备第一功能层、第二功能层以及第三功能层。
8.根据权利要求7任一项所述的制备方法，其特征在于，使用所述电子束蒸发法制备含有氧化锆钛的第一功能层、第二功能层或第三功能层需以氧气作为反应气体。
9.根据权利要求7任一项所述的制备方法，其特征在于，使用所述磁控溅射法制备含有氧化锆钛的第一功能层、第二功能层或第三功能层需以氩气作为工作气体，氧气作为反应气体。
10.一种权利要求1-9任一项所述的复合薄膜的用途，其特征在于，所述复合薄膜用于制备全透明薄膜晶体管、自主装沟道型薄膜晶体管、有机发光或激光器件、量子点发光或激光器件、钙钛矿发光或激光器件、平板显示、触摸屏、热镜以及电致变色智能窗口。
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