一种多层透明导电薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种多层透明导电薄膜及其制备方法与应用，以氩气为等离子气源，以氧气为反应气体，在衬底上依次溅射第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，其中，二氧化钛膜采用远源等离子体溅射技术反应溅射沉积，铜膜采用直流溅射法溅射沉积。是采用远源等离子体溅射技术在衬底上直流溅射沉积薄膜，通过控制反应溅射过程中的氧气流量和溅射功率，在相对较低的溅射功率和氧流量条件下，通过控制中间层铜薄膜的厚度来调控透明导电膜的光电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多层透明导电薄膜及其制备方法与应用
本专利技术属于透明导电氧化物薄膜
，具体涉及一种多层透明导电薄膜及其制备方法与应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。人类社会经济的发展以及科技的进步，推动着我们生活水平的提高，当前越来越多的平板显示器、智能触屏手机、太阳能电池、平板电脑、节能玻璃等投入市场，并呈现出越来越大的需求。而这些新兴产品的发展离不开透明导电薄膜的研究，从而对透明导电氧化物薄膜的需求也逐年上升。然而透明导电氧化物薄膜在国内的发展仍处于起步阶段，与国外已经成型的研究体系相比，仍然有一定的差距。有待研究工作者对其进行深入的研究，通过制备方法的改进和制备工艺的优化来开发新型透明导电薄膜，从而满足市场需求。目前ITO是最常用的透明导电氧化物薄膜，在德国、日本等国家已经量产，广泛地应用于平板显示器、触摸屏幕、太阳能电池等方面。但是，ITO的原材料铟是一种贵金属，自然界中储备量又很有限，铟的价格昂贵且上涨迅速，很难满足未来的市场需求。从环境上来讲，铟元素有毒，无论是在ITO薄膜的制备过程或者应用过程，都会对人体产生危害。铝掺杂氧化锌(AZO)的光学性能和导电性最接近ITO薄膜，它的特点是原材料无毒无害、价格低廉、在等离子体中的稳定性强，并且容易对其进行刻蚀和掺杂处理，容易进行绒面工程，能够产生一定的雾度，满足薄膜太阳能电池的要求。但是，随着对AZO薄膜的深入研究，人们发现AZO的制备工艺的优化和大规模制备技术比较复杂，并且目前还没有解决好大面积的高压均匀成膜工艺，和光刻工艺的兼容性问题。氧化锡基的薄膜材料是一种较早地投入于商业使用的TCO薄膜，在工业生产中，FTO薄膜的生产设备简单，容易大面积成膜等特点使得它越来越吸引人们的关注。FTO薄膜在等离子体中的稳定性较差，而且不容易对其进行绒面腐蚀，在生产实际中只能利用高温在线化学气相沉积(CVD)的方法进行大规模的制备，灵活性较差。目前商用的透明导电薄膜均需要高沉积温度或后退火处理以达到预期的光电性能，然而这样就会导致工序繁琐，成本较高。同时难以在无法耐高温的柔性衬底上(例如PET或PEN)制备透明导电薄膜。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种多层透明导电薄膜及其制备方法与应用。采用直流溅射，获得沉积态薄膜，不需要后续热处理，即可获得优越的光电性能，大大降低了能耗和生产成本。为解决以上技术问题，本专利技术的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种二氧化钛/铜/二氧化钛多层透明导电薄膜，包括依次叠加设置的第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，铜膜的厚度小于10nm，二氧化钛膜的厚度为50-150nm。第二方面，本专利技术提供所述二氧化钛/铜/二氧化钛多层透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：以氩气为等离子气源，以氧气为反应气体，在衬底上依次溅射第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，其中，二氧化钛膜采用远源等离子体溅射技术反应溅射沉积，铜膜采用直流溅射法溅射沉积。第三方面，本专利技术提供所述二氧化钛/铜/二氧化钛多层透明导电薄膜在平板显示器、智能触屏手机、太阳能电池、平板电脑、节能玻璃领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：本专利技术的二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电膜的制备方法，是采用远源等离子体溅射技术在衬底上直流溅射沉积薄膜，通过控制反应溅射过程中的氧气流量和溅射功率，在相对较低的溅射功率和氧流量条件下，通过控制中间层铜薄膜的厚度来调控透明导电膜的光电性能。采用远源等离子体溅射技术在衬底上进行反应溅射沉积，溅射速度快，溅射温度低，可重复性好，所得薄膜具有较高的透光性和低的电阻率，光电性能优越，适合推广应用。采用本专利技术的方法制备得到的二氧化钛薄膜是非晶态，一般情况下，非晶态的薄膜的导电性较差，而本专利技术中制备的非晶态薄膜具有较优异的导电性能。此外，采用本专利技术的方法，由于溅射制备温度较低，可以在柔性衬底上制备透明导电薄膜，制备得到的透明导电薄膜可以应用在柔性电子器件，如柔性显示屏上，进而有利于拓宽透明显示屏的应用领域。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例中所用远源等离子体溅射系统的结构示意图；图2为实施例1制备的沉积态二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电薄膜在中间层铜薄膜不同厚度的X射线衍射图谱；图3为实施例2二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电薄膜在不同放大倍数下的扫描电子显微镜图谱；图4为包含实施例1、2和3的二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电薄膜在中间层铜薄膜不同厚度的可见光透过率检测结果示意图；图5为包含实施例1、2和3的沉积态二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电薄膜在中间层铜薄膜不同厚度的霍尔电学性能；图6为包含实施例1、2和3的沉积态二氧化钛/铜/二氧化钛透明导电薄膜在中间层铜薄膜不同厚度的电流电压曲线检测结果；图7为纯二氧化钛薄膜在450℃退火后的X射线衍射图谱。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，本专利技术提供一种二氧化钛/铜/二氧化钛多层透明导电薄膜，包括依次叠加设置的第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，铜膜的厚度小于10nm，二氧化钛膜的厚度为50-150nm。在一些实施例中，铜膜的厚度为4-8nm。在一些实施例中，第一二氧化钛膜的厚度为90-110nm，第二二氧化钛膜的厚度为90-110nm。第二方面，本专利技术提供所述二氧化钛/铜/二氧化钛多层透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：以氩气为等离子气源，以氧气为反应气体，在衬底上依次溅射第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，其中，二氧化钛膜采用远源等离子体溅射技术反应溅射沉积，铜膜采用直流溅射法溅射沉积。远源等离子体溅射包含直流溅射和射频溅射，二氧化钛是直流反应溅射制备。远源等离子体溅射技术(HiTUS)是一种高靶材利用率的溅射技术，它是通过靶材远处产生的高密度等离子体完成溅射的。现有技术中，与之相对应的远源等离子体溅射系统在其真空室(溅射腔室)侧壁固定有等离子体发射系统(ThePlasmaLaunchSyste本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层透明导电薄膜，其特征在于：包括依次叠加设置的第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，铜膜的厚度小于10nm，二氧化钛膜的厚度为50-150nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层透明导电薄膜，其特征在于：包括依次叠加设置的第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，铜膜的厚度小于10nm，二氧化钛膜的厚度为50-150nm。


2.根据权利要求1所述的多层透明导电薄膜，其特征在于：铜膜的厚度为4-8nm。


3.根据权利要求1所述的多层透明导电薄膜，其特征在于：第一二氧化钛膜的厚度为90-110nm，第二二氧化钛膜的厚度为90-110nm。


4.权利要求1-3任一所述多层透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
以氩气为等离子气源，以氧气为反应气体，在衬底上依次溅射第一二氧化钛膜、铜膜和第二二氧化钛膜，其中，二氧化钛膜采用远源等离子体溅射技术反应溅射沉积，铜膜采用直流溅射法溅射沉积。


5.根据权利要求4所述的多层透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底为玻璃或柔性衬底；
进一步的，溅射过程中，衬底的温度为20-30℃；
进一步的，衬底使用前依次置于丙酮、异丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次清洗时间为15-25min，清洗温度为45-55℃。


6.根据权利要求4所述的多层透明导电薄膜的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋安刚，霍方方，朱地，胡俊华，赵保峰，关海滨，徐丹，王树元，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37