專利名稱：柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子材料技術領域，特別是涉及一種室溫下濺射制備柔性氧 化銦錫透明導電薄膜的方法。
背景技術：
越來越多的電子器件朝著柔性化、超薄化的方向發(fā)展，而有機柔性襯底 氧化銦錫薄膜不但具有與玻璃襯底氧化銦錫膜相同的透明導電特性，而且由 于其可巻曲、可撓曲、重量輕、不易破碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運輸?shù)泉?特優(yōu)點，被廣泛地應用于平板顯示器件，大面積異質(zhì)結薄膜太陽電池、大面 積透明電磁屏蔽、柔性光電器件及觸敏覆蓋層等領域，因此國際上對有機柔 性襯底氧化銦錫膜的需求日益迫切。
現(xiàn)已出現(xiàn)了多種柔性氧化銦錫透明導電的制備方法。M. Buchanan等人 采用磁控濺射，在襯底溫度為13(TC的條件下，分別以玻璃和聚酯薄膜為襯 底制備出電阻率為4X10—40 "cm，膜厚為80nm，可見光透過率大于85°%的 氧化銦錫透明導電膜；JohnC.C.Fan等人利用離子束濺射方法，在襯底溫度 為IO(TC的條件下，在聚脂薄膜襯底上制備了電阻率約為5.5X1()4Q 'cm, 可見光透過率超過了 80%的氧化銦錫透明導電薄膜；CN 200610013295.l專 利采用電子束蒸發(fā)，在襯底溫度為IO(TC的條件下，在聚酰亞胺襯底上制備 了電阻率為2.168X1(T4Q cm，方塊電阻為22Q，可見光透過率為卯％的 氧化銦錫透明導電薄膜。有機柔性襯底不同于玻璃襯底，普遍存在軟化點低、耐熱性差、熱穩(wěn)定 性差的缺點，受熱時容易在熱應力的作用下發(fā)生形變，或發(fā)生裂解產(chǎn)生碳氫 化合物而污染氧化銦錫薄膜。但如果沉積過程中襯底溫度過低，則會影響氧 化銦錫薄膜的生長，導致膜層表面粗糙、晶粒尺寸偏小、電阻率偏大、可見 光透射率偏低等問題。上述現(xiàn)有技術雖然能夠獲得光電性能較好的氧化銦錫 薄膜，但是，普遍存在以下缺陷
1. 上述這些現(xiàn)有技術仍然需要對襯底進行加熱，這必然會導致襯底變性、 變型，影響使用；
2. 制備中的工藝參數(shù)要求苛刻，需要嚴格控制氧分壓、濺射功率等制備 工藝，否則難以獲得理想的氧化銦錫膜；
3. 沒有在有機襯底上設置擴散阻擋層，隨著時間的推移，襯底成分會擴 散到氧化銦錫薄膜中，導致氧化銦錫摻雜而過早失效；
4. 難以實現(xiàn)大面積均勻成膜，也難以進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在室溫條件下制備出優(yōu)良光電性能的柔 性氧化銦錫透明導電薄膜的方法。
本發(fā)明是通過以下方法實現(xiàn)上述目的其工藝步驟包括清洗、抽真空、 充工作氣體、紫外線在線輻照、阻擋層制備、氧化銦錫膜制備；其中
清洗將有機柔性襯底用電子清洗劑擦洗后，用去離子水超聲清洗；再 用無水乙醇超聲清洗；然后干燥；
抽真空將上述經(jīng)清洗的柔性襯底置于磁控濺射設備內(nèi)抽真空；
充工作氣體向磁控濺射設備內(nèi)通入氬氣和氧氣，調(diào)節(jié)流量，保持氬氧 比在(6.0 7.5): 0.2，工作氣體總壓強為5X10"Pa;紫外線在線輻照接通真空鐘罩內(nèi)的紫外線燈，對基片進行等離子體清 洗，并提高參與濺射分子的活性；
阻擋層制備紫外線輻照下。用二氧化硅靶作靶材，陰極靶到襯底的靶
基距為6 8cm，采用射頻磁控濺射法在已清洗的有機柔性襯底上鍍覆二氧化 硅膜層作為擴散阻擋層；
氧化銦錫膜制備在室溫條件下，采用紫外線輻照，用氧化銦錫陶瓷靶 作靶材，陰極靶到柔性襯底的靶基距為6 8cm，用射頻磁控濺射與直流磁控 濺射中的一種磁控濺射，在已鍍覆二氧化硅膜層的柔性襯底上磁控濺射氧化 銦錫薄膜。
所述的柔性襯底為聚脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯對苯二甲酯、聚丙烯己二酯、 聚四氟乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚砜、尼龍中的任一種透明度 好、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、耐腐蝕性好的有機材料。
所述的阻擋層制備工藝中，選用純度99.99%的石英材料構成的二氧化硅 靶材，采用射頻磁控濺射，在工作壓強為5 X 10^Pa、射頻功率為200W 500W 下，鍍覆于在所述柔性襯底上，二氧化硅薄膜膜厚為10 40nm。
所述紫外線燈的輻射波長為100 400nm;
所述的氧化銦錫靶材為陶瓷靶，其化學成分為氧化銦氧化錫=90:10
80: 20 (Wt%);
所述的氧化銦錫薄膜采用氧化銦錫陶瓷靶作靶材，調(diào)節(jié)直流濺射功率為
200W 500W，或射頻濺射功率為350W 500W，用磁控濺射在已鍍覆二氧 化硅膜層的柔性襯底上室溫制備氧化銦錫薄膜；
所述的磁控濺射源為平面靶磁控濺射源、柱型靶磁控濺射源、或S-槍磁控濺射源的一種。
使用本發(fā)明所述的工藝方法在聚酰亞胺、聚乙烯對苯二甲酯等襯底上制
備的氧化銦錫薄膜，其厚度為100 1000nm。當氧化銦錫薄膜厚度為700nm 時，其電阻率為3.5X1()4Q *cm，方塊電阻為5Q，可見光透過率為88%， 膜層均勻平整，不起皺，不脫落。
本發(fā)明由于采用在室溫條件下紫外線在線輻照的步驟，因而不必嚴格控 制工藝條件與靶材配比就能在柔性襯底上獲得電阻率低、透光率高的氧化銦 錫膜。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
1、 柔性襯底無需加熱，對基體不產(chǎn)生損傷；
2、 二氧化硅擴散阻擋層的設置能有效阻擋襯底雜質(zhì)的擴散，有利于保證 氧化銦錫膜的壽命；
3、 由于紫外線在線輻照，大大提高了氧元素等參與濺射分子的活性，增 強了濺射粒子在薄膜中的遷移率，所以能在室溫條件下制備出光電性能優(yōu)良 的氧化銦錫薄膜，并極大地降低了對工藝參數(shù)的要求；
4、 能適用于大面積均勻鍍膜生產(chǎn)，便于進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄膜設備的結構示意圖。
附圖標號說明l-真空鐘罩，2-鍍膜機蓋板，3-紫外線燈控制器，4-直流 濺射電源，5-射頻濺射電源，6、 7-針閥，8-高真空獲得設備，9-紫外線燈， 10-氧化銦錫陰極靶，11-磁控濺射源、12-磁控濺射源，13-二氧化硅陰極靶， 14-擋板，15-有機襯底，16-行星轉(zhuǎn)動基片架，17-靶基距，18-二氧化硅膜， 19-氧化銦錫膜
具體實施例方式
參照圖1:本發(fā)明所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫薄膜的設備， 它包括真空鐘罩1和鍍膜機蓋板2，在鍍膜機蓋板2內(nèi)側密封設置有磁控濺 射源11、 12，氧化銦錫陰極靶10和二氧化硅陰極靶13分別安裝在磁控濺射 源11、 12的耙座上，在真空鐘罩1內(nèi)設置有行星轉(zhuǎn)動基片架16，所述行星 轉(zhuǎn)動基片架16位于靶10和13的下方，在所述行星轉(zhuǎn)動基片架16與磁控濺 射源ll、 12之間的布置有紫外線燈9，在所述鍍膜機蓋板2外側分別設置有 紫外線燈控制器3、直流濺射電源4和射頻濺射電源5，直流濺射電源4和射 頻濺射電源5分別與磁控濺射源11、 12電學連接，紫外線燈控制器3與紫外 線燈9電學連接，所述真空鐘罩1上還分別連接有高真空獲得設備8、氬氣 針閥6和氧氣針閥7，所述行星轉(zhuǎn)動基片架16與氧化銦錫磁控陰極靶10和 二氧化硅陰極靶13的之間的靶基距17為6 8cm，在行星轉(zhuǎn)動基片架16的 表面能夠安裝有機襯底15，在陰極靶IO、 13與行星轉(zhuǎn)動基片架16之間設有 可轉(zhuǎn)動的擋板14，所述的磁控濺射源ll、 12采用平面靶磁控濺射源、柱型 耙磁控磁控濺射源、S-槍磁控濺射源的一種，氧化銦錫陰極靶10為壓制成型 的氧化銦錫商品陶瓷靶，其氧化銦和氧化錫的重量百分比范圍在氧化銦 80 卯，氧化錫10 20 (wt%); 二氧化硅陰極靶13由純度大于99.99%的 石英板材制成；所述紫外線燈9的波長為100 400nm。紫外線燈9可以安裝 在真空室內(nèi)，也可以在真空鐘罩1上布置一個能透射紫外光的視窗，將紫外 燈裝在真空室外。
柔性襯底上室溫制備柔性氧化銦錫透明導電薄膜的方法主要采用清洗、 抽真空、充工作氣體、紫外線在線輻照、阻擋層制備、氧化銦錫膜制備工藝
歩驟清洗將有機柔性襯底15用電子清洗劑擦洗后，用去離子水超聲清洗； 再用無水乙醇超聲清洗；然后置于酒精蒸汽中干燥；將干燥的有機襯底15 安裝在行星轉(zhuǎn)動基片架16上；
抽真空將上述經(jīng)清洗的柔性襯底置于磁控濺射設備內(nèi)抽真空，蓋上鍍 膜機蓋板2，對真空鐘罩1內(nèi)部抽真空到5X 10—3Pa;
充工作氣體通過針閥6、針閥7依次向真空鐘罩1內(nèi)部動態(tài)充入配比
為(6.0 7.5 ): 0.2的純度為99.999%的氬氣、氧氣；工作氣體總壓強為5 X 10"Pa;
紫外線在線輻照接通紫外線燈9，對有機柔性襯底15進行等離子體清 洗，并提高參與濺射分子的活性；
阻擋層制備在室溫條件、紫外線在線輻照下，用二氧化硅靶作靶材， 陰極靶到襯底的靶基距17為6 8cm，轉(zhuǎn)動基片架16，開啟接在磁控濺射源 12上的射頻濺射電源5，調(diào)節(jié)射頻匹配，將射頻功率調(diào)到200 500W，先向 有機襯底15鍍覆厚度為10 40nm的二氧化硅膜18作為擴散阻擋層；
氧化銦錫膜制備有機襯底15鍍覆二氧化硅膜18后，在室溫條件下， 采用紫外線輻照，用氧化銦錫陶瓷靶作靶材，氧化銦錫陰極靶IO到柔性襯底 15的靶基距17為6 8cm，轉(zhuǎn)動基片架，開啟接在磁控濺射源11上的直流濺 射電源4，調(diào)節(jié)濺射功率到200 500W，鍍覆氧化銦錫膜19，其厚度為100 1000nm。也可以采用射頻濺射沉積氧化銦錫薄膜，將射頻電源5接到磁控濺 射源11上，調(diào)節(jié)射頻濺射功率為350 500W，鍍覆氧化銦錫膜19，其厚度 為100 1000nm。
實施例1
將面積為10cmX10cm的聚酰亞胺襯底放入電子清洗劑擦洗后，用去離子水超聲清洗數(shù)遍，再用無水乙醇超聲清洗；然后干燥，置于射頻磁控濺射
設備的真空鐘罩1內(nèi)抽真空；動態(tài)通入氬氣和氧氣，調(diào)節(jié)流量，使得氬氧比
保持為(6.0 7.5): 0.2，工作總壓強為5X10"Pa;接通真空鐘罩1內(nèi)工作
波長為365nm的紫外線燈9進行在線紫外輻照；采用射頻磁控濺射，射頻功
率為300W時，在聚酰亞胺襯底上預先鍍覆膜層厚度為10nm的二氧化硅膜
18;采用成分比例為90: 10 (wt%)的氧化銦錫陶瓷靶作靶材，用直流磁控
濺射沉積氧化銦錫膜，選擇靶基距為6cm，調(diào)節(jié)直流濺射功率為200W，濺
射時間為20min，在室溫下所制備的氧化銦錫薄膜19，其電阻率為3.5X l(T4
Q *cm，方塊電阻為5Q，膜厚為700nm，可見光透過率為88%。 實施例2
將面積為10cmX10cm的聚乙烯對苯二甲酯襯底放入電子清洗劑擦洗 后，用去離子水超聲清洗數(shù)遍，再用無水乙醇超聲清洗；然后干燥，置于射 頻磁控濺射設備的真空鐘罩1內(nèi)抽真空；動態(tài)通入氬氣和氧氣，調(diào)節(jié)流量， 使得氬氧比保持為(6.0 7.5): 0.2，工作總壓強為5X10"Pa;接通工作波 長為365nm的紫外線燈9;采用射頻磁控濺射，射頻功率為300W時，在聚 酰亞胺襯底上預先鍍覆膜層厚度為10nm的二氧化硅膜18;采用成分比例為 80: 20 (wt%)的氧化銦錫陶瓷耙作耙材，用射頻磁控濺射沉積氧化銦錫膜， 選擇靶基距為6cm，調(diào)節(jié)射頻濺射功率為350W，濺射時間為20min，在室溫 下所得的氧化銦錫薄膜19，其電阻率為3.0X1(T40 'cm，方塊電阻為5Q， 膜厚為600nm，可見光透過率為89%。
由例1、例2在聚酰亞胺、聚乙烯對苯二甲酯等襯底上分別采用直流濺 射和射頻濺射制備的氧化銦錫薄膜19，其電阻率小于3.5X1()4Q ，cm，可見 光透過率大于88%。且膜層均勻平整，不起皺，不脫落。使用本發(fā)明所述的真空設備和工藝條件制備的氧化銦錫薄膜工藝簡單、成本低、易于大規(guī) 模生產(chǎn)，且具有良好的光學性能，完全能適用于液晶顯示器、薄膜太陽電池、 建筑用節(jié)能視窗等眾多相關領域。
權利要求
1. 一種柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄膜的方法，其特征在于包括下述步驟清洗、抽真空、充工作氣體、紫外線在線輻照、阻擋層制備、氧化銦錫膜制備；各步驟的內(nèi)容如下清洗將有機柔性襯底電子清洗劑擦洗后，用去離子水超聲清洗；再用無水乙醇超聲清洗；然后干燥；抽真空將清洗好的有機襯底置于磁控濺射設備內(nèi)抽真空；充工作氣體輸入氬氣和氧氣，調(diào)節(jié)流量，使得總壓強保持在5×10-1Pa；紫外線在線輻照接通真空鐘罩內(nèi)的紫外線燈進行在線輻照；阻擋層制備紫外線在線輻照下，用二氧化硅作靶材，采用射頻磁控濺射法在已清洗的有機柔性襯底上鍍覆二氧化硅膜作為擴散阻擋層；氧化銦錫薄膜制備在室溫條件下，采用紫外線在線輻照，用氧化銦錫陶瓷靶作靶材，采用射頻磁控濺射與直流磁控濺射中的一種磁控濺射，在已鍍覆二氧化硅膜的柔性襯底上沉積氧化銦錫薄膜。
2. 按照權利要求1所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的柔性有機襯底為聚脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、 聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯對苯二 甲酯、聚丙烯己二酯、聚四氟乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚砜、 尼龍中的任一種透明度好、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、耐腐蝕性好的有機薄膜材料。
3. 按照權利要求l所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的氧化銦錫靶材為陶瓷靶，其氧化銦和氧化錫的 重量百分比范圍在氧化銦80 90，氧化錫10 20 (Wt%)。
4. 按照權利要求1所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄膜的方法，其特征在于所述的氧化銦錫薄膜采用射頻磁控濺射制備，其射頻濺射功率為350W 500W。
5. 按照權利要求1所述的柔性襯底上常溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的氧化銦錫薄膜采用直流磁控濺射制備，其直流 濺射功率為200W 500W。
6. 按照權利要求1所述的柔性襯底上常溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的氧化銦錫薄膜的厚度為100 1000nm。
7. 按照權利要求l所述的柔性襯底上常溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的磁控濺射源為平面耙磁控濺射源、柱型靶磁控濺射源、S-槍磁控濺射源的一種。
8. 按照權利要求1或2所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導 電薄膜的方法，其特征在于所述的二氧化硅薄膜的膜厚為10 40nm。
9. 按照權利要求1或2所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導 電薄膜方法，其特征在于所述二氧化硅靶材為純度99.99%的石英材料構成。
10. 按照權利要求1或3所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明 導電薄膜的方法，其特征在于所述的工作氣體為氬氣和氧氣，其比例為(6.0 7.5): 0.2，其總壓強為5X10"Pa。
11. 按照權利要求1所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的紫外線燈的波長為100 400nm。
12. 按照權利要求1所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電薄 膜的方法，其特征在于所述的紫外線燈布置在真空鐘罩內(nèi)。
13. 按照權利要求1所述的柔性襯底上室溫濺射沉積氧化銦錫透明導電 薄膜的方法，其特征在于所述的紫外線燈通過一個能透射紫外線的視窗布置 在真空鐘罩外部。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子材料技術領域，特別是涉及一種柔性襯底室溫下濺射制備氧化銦錫透明導電薄膜的方法；其步驟包括清洗、充工作氣體、紫外線輻照、阻擋層制備、濺射氧化銦錫膜；通過在線紫外輻照，在氬氧比為(6.0～7.5)∶0.2，采用射頻濺射或直流濺射，實現(xiàn)在室溫下，在預先鍍覆二氧化硅層作為擴散阻擋層的有機柔性襯底上高效無損傷制備氧化銦錫薄膜。氧化銦錫薄膜的厚度為700nm時，電阻率為3.5×10^-4Ωcm，方塊電阻為5Ω，可見光透過率為88％，且膜層均勻平整，不起皺，不脫落。與傳統(tǒng)的柔性氧化銦錫薄膜制備工藝相比，本發(fā)明無需加熱、工藝控制簡單、對基體無損傷，適用于大面積生產(chǎn)，且具有良好的光電特性。
文檔編號C23C14/35GK101294272SQ20081006205
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權日2008年5月27日
發(fā)明者任高潮, 王德苗, 達 蘇, 浩 金 申請人:浙江大學