專(zhuān)利名稱(chēng)：一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜以其優(yōu)異的導(dǎo)電性、可見(jiàn)光范圍內(nèi)的高透射率和對(duì)紅外線的高反射率等特性，廣泛應(yīng)用在平板顯示器、光伏電池、觸摸屏、建筑物玻璃、以及防靜電、防微波輻射等領(lǐng)域，特別是近年來(lái)平板顯示器(FPD)和光伏電池的發(fā)展，對(duì)TCO薄膜的市場(chǎng)需求量大大增加。摻錫的氧化銦(ITO) —直是商業(yè)上應(yīng)用得最多的透明導(dǎo)電材料，但金屬銦的儲(chǔ)量有限，不能滿足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，因此探索ITO薄膜的替代材料成為今后透明導(dǎo)電薄膜研究的趨勢(shì)。目前，人們正在通過(guò)各種方法包括工藝技術(shù)、選擇不同的基質(zhì)材料(如Ιη203、ZnO、SnO2等)、摻雜不同元素(如高價(jià)態(tài)金屬元素)、多層膜結(jié)構(gòu)和多組分等致力于改善和優(yōu)化TCO薄膜的性能，以適應(yīng)和開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。ZnO基透明導(dǎo)電薄膜是近幾年發(fā)展比較快的透明導(dǎo)電薄膜，如摻鋁氧化鋅(AZO)，不僅具有較高的可見(jiàn)光透過(guò)率和良好的導(dǎo)電性，而且材料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜，在太陽(yáng)能電池、液晶顯示、防靜電等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，但離大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用仍有差距。對(duì)氧化鋅進(jìn)行鈦摻雜研究較少，本發(fā)明提出采用電子束蒸發(fā)法制備摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，具有簡(jiǎn)單易操作的優(yōu)點(diǎn)，且其制備薄膜過(guò)程中具有電子束能量高、蒸發(fā)速率快等特點(diǎn)，對(duì)于氧化物薄膜的制備，直接從陶瓷靶材上蒸發(fā)在襯底上成膜，是一種低成本、高效率沉積氧化物薄膜的方法和生產(chǎn)工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單易行、成本低、效率高的制備摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的方法，具體步驟為:采用純度為99.99%以上的ZnO和TiO2粉末為原料，經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨4小時(shí)以上,使顆粒粒徑在300 500 nm范圍之間,且混合均勻,將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)料槽內(nèi)，在30 50 MPa的壓力下保持I 3分鐘，制成直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1 _的圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中燒結(jié)，控制溫度為800°C 1200°C燒結(jié)8 12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶材，將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝或碳坩堝內(nèi)，抽真空至IXlO-4Pa以下，以普通玻璃為基板，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，電子束蒸發(fā)高壓為6 kV或8kV檔位，掃描電流X為0.6 mA, Y為O mA,掃描波動(dòng)范圍為正負(fù)0.05 mA,控制電子束流為20 mA 250 mA,蒸發(fā)為時(shí)間5 45分鐘，即得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是: 所制備的靶材由于體積小，燒結(jié)過(guò)程中受熱均勻，易得到晶相純凈的靶材，同時(shí)易于覆蓋電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的坩堝底部，不致于被電子束擊穿，適用于對(duì)靶材形狀沒(méi)有固定要求的真空鍍膜系統(tǒng)使用。
使用單晶爐進(jìn)行一次多批量的靶材燒結(jié)，且無(wú)需二次燒結(jié)，即得結(jié)晶優(yōu)良的靶材。
電子束蒸發(fā)鍍膜時(shí)本底壓強(qiáng)為I X 10_4Pa。
電子束蒸發(fā)鍍膜時(shí)，蒸鍍條件為:蒸鍍高壓為6 kV或8kV檔位，電子束流為20mA 250 mA,蒸鍛時(shí)間5 45分鐘。
所制備薄膜的透明性和導(dǎo)電性，可通過(guò)控制電子束流、基板溫度以及蒸鍍時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明: 實(shí)施例1，將純度為99.99%以上的ZnO和TiO2混合粉末經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨4小時(shí)以上，使顆粒粒徑達(dá)到300 500 nm范圍，且均勻混合，將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)料槽內(nèi)，在40 MPa的壓力下保持3分鐘，制成直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1mm的圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中，控制溫度為800°C燒結(jié)12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶，靶材直徑為1.3 cm，厚度為2 mm。采用普通載玻片為基片，先后經(jīng)過(guò)純水、酒精和丙酮超聲波各15分鐘清洗。將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝內(nèi)，以充滿坩堝的三分之二為宜，然后抽真空至5 X 10 ,在不通入任何反應(yīng)氣體的條件下，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，電子束蒸發(fā)高壓為6 kV檔位，掃描電流X為0.6mA，Y為O mA，掃描波動(dòng)范圍為正負(fù)0.05 mA，控制電子束流為20 mA，蒸發(fā)為時(shí)間5分鐘，SP得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。
實(shí)施例2，將純度為99.99%以上的ZnO和TiO2混合粉末經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨4小時(shí)以上，使顆粒粒徑達(dá)到300 500 nm范圍，且均勻混合，將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)料槽內(nèi)，在40 MPa的壓力下保持3分鐘，制成直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1mm的圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中，控制溫度為1150°C燒結(jié)12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶，靶材直徑為1.3 cm，厚度為2 mm。采用普通載玻片為基片，先后經(jīng)過(guò)純水、酒精和丙酮超聲波各15分鐘清洗。將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝內(nèi)，以充滿坩堝的三分之二為宜，然后抽真空至5 X IO-5Pa,通入氧氣為工作氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)為0.5 1.5 Pa，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，電子束蒸發(fā)高壓為6 kV檔位，掃描電流X為0.6 mA，Y為O mA，掃描波動(dòng)范圍為正負(fù)0.05 mA，控制電子束流為50 mA,蒸發(fā)為時(shí)間15分鐘，即得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。
實(shí)施例3，將純度為99.99%以上的ZnO和TiO2混合粉末經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨4小時(shí)以上，使顆粒粒徑達(dá)到300 500 nm范圍，且均勻混合，將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)料槽內(nèi)，在40 MPa的壓力下保持3分鐘，制成直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1mm的圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中，控制溫度為1200°C燒結(jié)12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶，靶材直徑為1.3 cm，厚度為2 mm。采用普通載玻片為基片，先后經(jīng)過(guò)純水、酒精和丙酮超聲波各15分鐘清洗。將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝內(nèi)，以充滿坩堝的三分之二為宜，然后抽真空至5 X IO-5Pa,通入氧氣為工作氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)為0.5 1.5 Pa，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，電子束蒸發(fā)高壓為8 kV檔位，掃描電流X為0.6 mA，Y為O mA，掃描波動(dòng)范圍為正負(fù)0.05 mA，控制電子束流為250mA，蒸發(fā)為時(shí)間45分鐘，即得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。
權(quán)利要求
1.一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為:采用ZnO和TiO2為原料，經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨4小時(shí)以上，使之混合均勻，將混合粉末裝入壓片機(jī)在30 50 MPa的壓力下保持I 3分鐘，制成直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1 mm的圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中，控制溫度為800°C 1200°C燒結(jié)8 12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶材；將燒制好的靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝或碳坩堝內(nèi)，抽真空至IXlO-4Pa以下，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，控制電子束流為20 mA 250 mA，蒸發(fā)時(shí)間為5 45分鐘，即得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:ZnO和TiO2的純度在99.99%以上，經(jīng)研磨后顆粒粒徑為300 500 nm ；ZnO和TiO2粉末可以是市售也可以是水熱法合成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)制成圓柱狀靶材坯料，其直徑和厚度分別為1.4 cm和2.1 mm，燒結(jié)制成陶瓷靶后直徑和厚度略小，分別為1.3 cm和2 mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:在單晶爐中燒結(jié)，溫度為1150°C，時(shí)間為12小時(shí)，升溫速率為5°C/min，待燒結(jié)完成后，自然降溫至80°C以下取出。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:薄膜的簡(jiǎn)單快速制備，由電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備制得，將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的銅坩堝或碳坩堝內(nèi)，以充滿坩堝的三分之二為宜，本底真空抽至IX 10_4 Pa以下進(jìn)行薄膜沉積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:薄膜的厚度可以通過(guò)控制電子束流大小和沉積時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是:基板為普通玻璃載玻片，所制備的摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)制備參數(shù)可使透射率達(dá)到80%以上。
全文摘要
本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。本發(fā)明首先以ZnO和TiO2粉末為原料，經(jīng)過(guò)人工研磨或機(jī)械球磨混合均勻，將混合粉末裝入粉末壓片機(jī)，制成圓柱狀靶材坯料，將靶材坯料放入剛玉坩堝中蓋好后置于單晶爐中，在溫度為800oC～1200oC之間燒結(jié)8～12小時(shí)即得到摻鈦氧化鋅陶瓷靶材，將燒制好的摻鈦氧化鋅靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的坩堝內(nèi)，抽至本底真空，進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，控制電子束流和沉積時(shí)間即得到摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明方法具有操作簡(jiǎn)單易控、時(shí)間短、沉積速率高等特點(diǎn)，在太陽(yáng)電池及透明電子器件領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C23C14/08GK103173726SQ20131008132
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者黃延偉 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)