CN1962508B - 透明的高导电近红外反射镀膜玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃由衬底和镀在衬底上的近红外反射膜层组成，近红外反射膜层的电子载流子浓度在1.0×10 21cm -3～6.0×10 21cm -3。其制备采用磁控溅射法，以锌镓合金为靶材，以Ar和O 2作为溅射气体，将衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室中，反应室抽真空，在0.5～3.0Pa压强下，于25～600℃下进行溅射生长。本发明制备方法简单，易操作，有利于工业化生产。制备的近红外反射镀膜玻璃具有高透明高红外反射的特点，电子载流子浓度在1.0×10 21cm -3以上。已达到近红外高反射率玻璃镀膜的技术要求，在遮阳型红外反射玻璃上有巨大的应用，而且也可以作为科研中高端的紫外和红外滤波片。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜玻璃及其制备方法，尤其是透明的高导电近红外反射镀膜玻璃及其制备方法。
背景技术
人们已经发现金属氧化物透明导电薄膜对中红外光线具有高的反射率，比较理想的是氧化锡铟膜(ITO)和掺铝的氧化锌薄膜(AZO)，其可见光透过率约为75％或更高，红外反射率可达90％。但目前国内和国际上报道的镀有这类薄膜的红外反射玻璃只对波长大于2500nm的红外线效果较好，而对近红外线几乎没有反射效率。我们知道太阳辐射波长主要分布在250-2500nm范围内。从光效应来讲，太阳光谱中主要是红外波段直接产生热效应，也就是800-2500nm的近红外部分，占太阳光谱能量的44％，而大于2500nm的中红外只占太阳光能量的3％，所以目前报道的ITO和AZO镀膜红外反射玻璃并不能产生很好的遮阳效果，还达不到降低室内温度的功能。
为了克服使用金属膜的缺点，改善目前透明导电薄膜的不足，围绕n型重掺杂的ZnO薄膜来实现真正具有遮阳效果的近红外反射玻璃，研究的核心问题是如何突破ZnO的高浓度n型掺杂(电子载流子浓度＞1.0×1021/cm3)。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高透明高红外反射的特点的近红外反射镀膜玻璃及其制备方法。
本发明的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃是由衬底和镀在衬底上的近红外反射膜层组成，近红外反射膜层的电子载流子浓度在1.0×1021cm-3～6.0×1021cm-3。
透明的高导电近红外反射镀膜玻璃的制备方法，其特征是步骤如下：
将衬底清洗后放入直流磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，锌和镓的摩尔百分含量分别为95～99％和1.0～5.0％，以纯Ar和纯O2作为溅射气体，Ar和O2的分压比为4∶1～20∶1，两种气体分别由流量计控制输入反应室，在0.5～3.0Pa压强下，于25～600℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
本发明通过改变Ar和O2的分压比可以改变掺镓量。近红外反射膜层的厚度由生长时间决定。
本发明中，Ar的纯度为99.99％以上，O2的纯度为99.99％以上；锌的纯度大于99.99％，镓的纯度大于99.999％。衬底可为玻璃或石英。
本发明以O2作为氧源，Ar作为辅助溅射气体。溅射过程中，溅射原子(Zn、Ga)在Ar的保护下与O2发生反应，在衬底上沉积形成重掺Ga的近红外反射薄膜层。
本发明的有益效果在于：本发明方法简单，使用的是锌镓合金靶，靶材纯度高、沉积装置简单、易操作、可实现大面积镀膜，有利于工业化生产。本发明与Al掺杂相比具有以下两大优点：1)Ga和Zn原子半径相差不多，而且Ga-O键和Zn-O键的键长也很接近，即使在比较高的掺杂浓度情况下，ZnO的晶格畸变也非常小，选择Ga作为掺杂元素有利于实现ZnO的n型重掺；2)在薄膜的生长过程中，铝表现出非常高的反应活性，易氧化，镓相对于铝不易氧化。
本发明制备的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃具有高透明、高导电、高红外反射的特点，电子载流子浓度在1.0×1021cm-3以上，可高达6.0×1021cm-3，已达到近红外高反射率玻璃镀膜的技术要求，在遮阳型红外反射玻璃上有巨大的应用，而且也可以作为科研中高端的紫外和红外滤波片。
附图说明
图1是近红外反射镀膜玻璃示意图；
图2是镀膜玻璃的的X射线衍射(XRD)图谱；
图3是镀膜玻璃的光学透射谱。
具体实施方式
以下结合附图及实例进一步说明本发明。
参照图1，本发明的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃是由衬底1和镀在衬底上的近红外反射膜层2组成，近红外反射膜层的电子载流子浓度在1.0×1021cm-3～6.0×1021cm-3。
实施例1
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，此例中，镓的摩尔百分含量为1.0％，Zn的摩尔百分含量为99％。以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为20∶1，在3.0Pa压强下，于300℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
制得的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃的X射线衍射(XRD)图谱，见图2，由图可见，只有ZnO的(002)和(004)衍射峰出现，表明本发明方法制备的Ga掺杂的ZnO近红外反射率薄膜具有良好的结晶性能。
近红外反射膜层在室温下具有优异的电光性能，电阻率为3.52×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为2.65×1021cm-3。镀膜玻璃的光学透射谱如图3所示，由图可见，在可见光区的平均透射率达90％及以上，在红外区具有很低的透射率，近红外光透过率小于30％。并且放置半年其电光特性无明显变化，性能稳定，是一种优良的高透明高导电近红外反射的玻璃镀膜材料。
实施例2
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，此例中，镓的摩尔百分含量为5.0％，Zn的摩尔百分含量为95％。以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为4∶1，在0.5Pa压强下，于600℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。近红外反射膜层的电阻率为4.0×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为2.2×1021cm-3。可见光区的平均透射率达85％及以上，近红外光透过率小于30％。
实施例3
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，此例中，镓的摩尔百分含量为4.5％，Zn的摩尔百分含量为95.5％。以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为10∶1，在2.5Pa压强下，于25℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。近红外反射膜层的电阻率为4.6×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为1.0×1021cm-3。可见光区的平均透射率达80％及以上，近红外光透过率小于30％。
实施例4
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，此例中，镓的摩尔百分含量为4.0％，Zn的摩尔百分含量为96％。以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为20∶1，在2.5Pa压强下，于500℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。近红外反射膜层的电阻率为1.8×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为6.0×1021cm-3。可见光区的平均透射率达85％及以上，近红外光透过率小于30％。
Claims (5)
1.透明的高导电近红外反射镀膜玻璃，其特征是由衬底(1)和镀在衬底上的近红外反射膜层(2)组成，近红外反射膜层(2)的电阻率为4.0×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为2.2×1021cm-3；按以下方法制备而成：
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，镓的摩尔百分含量为5.0％，Zn的摩尔百分含量为95％，以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为4∶1，在0.5Pa压强下，于600℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
2.根据权利要求1所述的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃的制备方法，其特征是步骤如下：
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3pa，以锌镓合金为靶材，镓的摩尔百分含量为5.0％，Zn的摩尔百分含量为95％，以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为4∶1，在0.5Pa压强下，于600℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
3.透明的高导电近红外反射镀膜玻璃，其特征是由衬底(1)和镀在衬底上的近红外反射膜层(2)组成，近红外反射膜层(2)的电阻率为1.8×10-4Ω.cm，电子载流子浓度为6.0×1021cm-3；按以下方法制备而成：
将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，镓的摩尔百分含量为4.0％，Zn的摩尔百分含量为96％，以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为20∶1，在2.5Pa压强下，于500℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
4.根据权利要求3所述的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃的制备方法，其特征是步骤如下：将玻璃衬底清洗后放入直流磁控溅射装置反应室的样品架上，衬底沉积表面朝下放置，可有效防止颗粒状的杂质对衬底表面的玷污，反应室真空度抽至3×10-3Pa，以锌镓合金为靶材，镓的摩尔百分含量为4.0％，Zn的摩尔百分含量为96％，以纯度为99.99％的Ar和纯度为99.99％的O2作为溅射气体，两种气体分别由流量计控制输入反应室，Ar和O2的分压比为20∶1，在2.5Pa压强下，于500℃下进行溅射生长，在衬底上沉积一层近红外反射膜。
5.根据权利要求2或4所述的透明的高导电近红外反射镀膜玻璃的制备方法，其特征是所说的衬底为玻璃或石英。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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