在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法。其技术方案是：先将55～90wt％的锡粉末、5～25wt％的二氧化锡粉末和5～20wt％的二氟化锡粉末混合，压制成型，烧结，制得靶材。将靶材固定到磁控溅射系统的靶座上，将柔性衬底固定到衬底支架上；再将磁控溅射系统的腔体抽真空至压强小于3×10

【技术实现步骤摘要】
在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法
本专利技术属于光电薄膜
特别是涉及一种在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法。
技术介绍
透明导电氧化物(TCO)薄膜具有良好的导电性、优异的透明度等光电特性，已在光伏电池组件、平面显示器、触控面板、发光二极管(LEDs)和气敏传感器等不同领域获得了广泛应用。在各种TCO薄膜材料中，氧化铟锡(ITO)薄膜材料具有透光性好、面电阻低和工艺成熟等优点。但铟矿储量稀少且分散，开采和回收困难，随着资源的不断消耗，ITO薄膜的成本将不断攀升。相对于ITO薄膜，F掺杂SnO2(FTO)薄膜的原材料储量丰富，成本相对较低(不含昂贵的铟元素)，经济环保，同时薄膜还具有对可见光透光性好、紫外吸收系数大、电阻率低、热稳定性高、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点。因此，FTO薄膜被作为ITO薄膜的替换用品被开发利用，可被广泛用于液晶显示屏、光催化、薄膜太阳能电池基底、染料敏化太阳能电池和电致变色玻璃等领域。制备FTO薄膜的方法主要有喷雾热解(spraypyrolysis)、溶胶-凝胶(sol-gel)、脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)和磁控溅射(magnetronsputtering)等，其中：喷雾热解和化学气相沉积应用最为广泛。近年来，随着光电显示器件趋向于柔性显示方向发展，人们对薄膜的制备技术也有了更高的要求。在上述方法中，喷雾热解和化学气相沉积通常需在高温下(>400℃)沉积或进行退火处理，无法满足低能耗原则以及在有机柔性衬底类光电器件中的应用要求。PLD技术可以在衬底温度相对较低甚至是室温条件下沉积FTO薄膜，但是PLD技术不宜制备大面积薄膜，较难实现工业化制备。目前，磁控溅射法制备FTO薄膜的方法主要有两大类，一是以SnO2+SnF2为靶材，溅射时通入Ar和O2(Z.Y.Banyamin,etal.,Electricalandopticalpropertiesoffluorinedopedtinoxidethinfilmspreparedbymagnetronsputtering,Coatings2014,4,732-746；闫金良等，一种氟掺杂氧化锡透明导电膜的制备方法，中国专利技术专利，CN101638772B，2011.03.30；李玲霞等，一种制备FTO透明导电薄膜的制备方法，中国专利技术专利，CN103993281A，2014.08.20)；二是以Sn为靶材，溅射时通入Ar、O2以及含F的气体(B.H.Liao,etal.,FTOfilmsdepositedintransitionandoxidemodesbymagnetronsputteringusingtinmetaltarget,AppliedOptics,2014,53(4):A148-A153)。由于SnF2加热时容易分解，通常，靶材烧结只能在较低温度下进行，所以难以制备出致密的SnO2+SnF2靶材；而通入含F气体，则含F气体的排放会造成温室效应。以Sn+SnF2为靶材，通过磁控溅射法也可以制备出FTO薄膜(B.L.Zhu,etal.，Structural,electrical,andopticalpropertiesofF-dopedSnOorSnO2filmspreparedbyRFreactivemagnetronsputteringatdifferentsubstratetemperaturesandO2fluxes,JournalofAlloysandCompounds,2017,719:429-437)，但采用该方法制备时，O2流量的范围窄，需要准确控制，不利于FTO薄膜大规模制备，而且所制备的FTO薄膜透明导电性性能不佳。另外，对于一般柔性衬底而言，可耐受的温度不超过150℃。当前，磁控溅射法制备FTO薄膜时，为得到较好的透明导电性能，衬底温度高于150℃。到目前为止，在柔性衬底表面采用磁控溅射法制备高透明导电的FTO薄膜还未见报道。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种工艺简单、生产成本低和能够大规模在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法，用该方法在柔性衬底表面制备的F掺杂SnO2透明导电薄膜的透光性、导电性和力学性能优良。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：步骤一、先将55～90wt％的锡粉末、5～25wt％的二氧化锡粉末和5～20wt％的二氟化锡粉末混合，再于100～200MPa条件下压制成型，然后于压强<1Pa和温度为190～210℃条件下烧结40～50h，制得靶材。步骤二、先将所述靶材固定到磁控溅射系统的靶座上，再将清洗后的柔性衬底固定到衬底支架上，所述靶材与所述柔性衬底的距离为40～80mm。步骤三、将所述磁控溅射系统的腔体抽真空至压强小于3×10-3Pa，再通入Ar与O2，通入的Ar与O2的流量比为1∶(0.05～0.25)；然后在室温条件下采用偏压射频溅射技术，在柔性衬底表面制得F掺杂SnO2透明导电薄膜。溅射时，溅射气压为0.2～3Pa，溅射功率为15～75W，衬底负偏压为0～100V。所述锡粉末中Sn的含量大于99.9wt％，所述锡粉末的粒径<100μm。所述二氧化锡粉末中SnO2含量大于99.9wt％，所述二氧化锡粉末的粒径<100μm。所述二氟化锡粉末中SnF2含量大于99.9wt％，所述二氟化锡粉末的粒径<100μm。所述通入的Ar与O2的纯度大于99.99％。所述柔性衬底的材质为超薄玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术以Sn、SnO2和SnF2三组元混合物作为靶材，在柔性衬底表面制得F掺杂SnO2透明导电薄膜。由于Sn的延展性好且熔点低，所以通过压制和低温烧结就能获得高致密度的靶材，这不仅降低了靶材的制备成本，还为大规模生产F掺杂SnO2透明导电薄膜奠定了基础。(2)本专利技术在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜时，由于靶材中含有SnO2，从而避免了反应溅射时单纯金属靶材存在靶中毒的问题，而且扩大了获得高透明导电F掺杂SnO2薄膜的O2流量范围，有利于F掺杂SnO2透明导电薄膜的大规模制备。(3)本专利技术在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜时，靶材中SnF2溅射时分解，使F均匀掺杂于SnO2中；同时，通过O2流量的控制，可在薄膜中形成大量的氧空位，从而能在室温条件下在柔性衬底表面制得高透明导电的F掺杂SnO2薄膜。该方法工艺简单、生产成本低，同时避免了使用含F气体而污染环境。本专利技术在柔性衬底表面制备的F掺杂SnO2透明导电薄膜经检测：电阻率<5×10-3Ω·cm，透明度>85％，且表面平整，颗粒大小均匀，与柔性衬底结合牢固。因此，本专利技术的在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的工艺简单、生产成本低、环境友好和适用于大面积规模生产，且在柔性衬底表面制备的F掺杂SnO2透明导电薄膜具有低的电阻率、高透明性、稳定性优异和力学性能良好的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、先将55～90wt％的锡粉末、5～25wt％的二氧化锡粉末和5～20wt％的二氟化锡粉末混合，再于100～200MPa条件下压制成型，然后于压强

【技术特征摘要】
1.一种在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透明导电薄膜的方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、先将55～90wt％的锡粉末、5～25wt％的二氧化锡粉末和5～20wt％的二氟化锡粉末混合，再于100～200MPa条件下压制成型，然后于压强<1Pa和温度为190～210℃条件下烧结40～50h，制得靶材；步骤二、先将所述靶材固定到磁控溅射系统的靶座上，再将清洗后的柔性衬底固定到衬底支架上，所述靶材与所述柔性衬底的距离为40～80mm；步骤三、将所述磁控溅射系统的腔体抽真空至压强小于3×10-3Pa，再通入Ar与O2，通入的Ar与O2的流量比为1∶(0.05～0.25)；然后在室温条件下采用偏压射频溅射技术，在柔性衬底表面制得F掺杂SnO2透明导电薄膜；溅射时，溅射气压为0.2～3Pa，溅射功率为15～75W，衬底负偏压为0～100V。2.根据权利要求1所述的在柔性衬底表面制备F掺杂SnO2透...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝柏林，陶冶，杨玉婷，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42