一种新型制备AZO薄膜沉积工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种新型制备AZO薄膜的工艺，可用于薄膜太阳能窗口层制备、可用于平板显示行业的透明导电层制备。采用磁控溅射AZO陶瓷靶材。所述AZO陶瓷靶材，其特征在于：Al2O3的含量是1at%-3at%之间，余量是ZnO，其中Fe的含量低于10ppm。控制直流脉冲电源的脉冲占空比与脉冲频率制备AZO薄膜的工艺，通过调节脉冲发生器中，输出的脉冲正向和反向的峰高和正向反向方波的持续时间，以及调节输出的脉冲方波的脉冲频率，并借住检测靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，模拟计算调节，使其整个溅射AZO工艺稳定、避免打弧现象和溅射阳极消失而导致溅射薄膜性能下降，从而得到高溅射速率，高透过率、高导电率、高致密性、高雾度的透明导电薄膜AZO。

【技术实现步骤摘要】
一种新型制备AZO薄膜沉积工艺
本专利技术属于镀膜行业关于透明导电薄膜TCO领域，特别涉及到一种新型制备AZO薄膜沉积工艺，属于制备透明导电薄膜领域。
技术介绍
透明导电膜ITO是所有透明导电材料中应用最为广泛的一类。由于这种材料制备的薄膜不仅在可见光区有着很高的透过率，在红外和近红外区透过率也很高，而且薄膜的电阻率较低，因此既可以用作平面显示(FPD)和太阳能用的平面电极材料，也可用于节能方面，如建筑玻璃表面等，还可用于汽车玻璃和微波炉。在这一类材料中，目前应用最为广泛的是铟锡氧化物半导体透明导电膜ΙΤ0。但是ITO中主要成分之一金属铟是稀有金属，并且其冶炼过程中会造成环境的污染，因此从节约资源保护环境的角度，应该广泛应用高性能的AZO薄膜来代替ITO薄膜。AZO镀膜玻璃，即在ZnO体系中掺杂Al所得到ZnO:A1透明导电薄膜玻璃。掺杂后的AZO薄膜导电性能大幅度提高，电阻率可降低到10-4 Ω.cm,而且AZO薄膜在氢等离子体中稳定性要优于ΙΤ0，同时AZO具有可同ITO相媲美的光电特性，而且AZO薄膜的制备方便，元素资源比较丰富，且无毒，是ITO薄膜的最佳替代者，目前AZO薄膜在平板显示器和薄膜太阳能电池中已经得到了部分应用。真空溅射技术可以通过控制工艺温度和真空气氛，制备出方块电阻范围在3-12欧姆的AZO薄膜。但是，为了实现较好的微观纳米结构分布和较高的雾度，需要控制AZO镀膜玻璃的镀膜工艺，尤其是需要严格控制工艺温度和真空气氛，这导致生产出的AZO镀膜玻璃成本较高，表面纳米结构分布均匀性差，这不利于后续电池的应用，因此我们需要的是广泛、实用、生产线上稳定的镀膜工艺。因此，本专利技术开发了一种控制AZO溅射的直流脉冲电源占空比的工艺，降低了需要精确严格控制工艺气体气氛和温度的缺陷，得到一种电阻率低、高透过率，致密性高的薄膜。
技术实现思路
鉴于如上所述现有技术中存在的问题，本专利技术是在现有的AZO镀膜工艺之上开发的一种新型的制备工艺，可应用于大量大面积的生产制备AZO薄膜，以下对于本专利技术进行详细说明: 本专利技术提供的一种新型制备AZO薄膜的工艺，其特征在于，采用磁控溅射AZO陶瓷靶材，控制直流脉冲电源的脉冲占空比与脉冲频率制备AZO薄膜的工艺，通过调节脉冲发生器中，输出的脉冲正向和反向的峰高和正向反向方波的持续时间，以及调节输出的脉冲方波的脉冲频率，并借住检测 靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，模拟计算调节，使其整个溅射AZO工艺稳定、避免打弧现象、得到高透过率、高导电率的透明导电薄膜ΑΖ0。本专利技术的一个较佳实施方式中，所述制备AZO薄膜，采用磁控溅射装置，该装置包含:传输系统、阴极、电源、工艺气体、泵组、加热系统、测量系统；用于透明导电薄膜AZO沉积所用装置。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述溅射工艺流程是首先使用真空泵腔体抽至一定的真空度，本底真空抽至5xlO_4Pa以下，控制水分分压低于本底真空的4%，这需要使用测量系统中的高低压真空计等测量设备；再次使用传输系统将基板传送至溅射腔体，在设备的下方配有传动电机，电机带动齿轮，齿轮带动皮带，皮带带动滚轮，滚轮依靠摩擦力带动基板向前传输，在传输的过程中，加热系统开始工作，可以选用电阻丝或红外灯管的方式对基板进行加热，加热至100-300°C，但要求整个基板的温度均匀性在±5°C以内；其次基板传输至派射腔体，通入Ar/02混合和Ar工艺气体,混合比例是O2:Ar在1%_20%之间，调节工艺压强控制在0.1-1Pa之间；最后通过直流脉冲电源供电，将工艺气体电离，然后轰击AZO靶材实现靶材上AZO材料沉积到基板的过程。 本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述AZO陶瓷靶材中，靶材中Al2O3的含量在1%_3%之间，其他成分是ZnO，其中Fe的含量低于lOppm。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述靶材是平面小靶材、可以是平面矩形、旋转圆柱祀材。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述阴极为静态磁场阴极或可移动磁场阴极。本专利技术的另一个较佳实施方 式中，所述的磁控溅射装置为各种小型试验型磁控机台台、生产卧式机台或者是生产立式机台等。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述溅射陶瓷靶材ΑΖ0，阴极采用强磁场的阴极，磁场强度时600GS-1300GS之间。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材ΑΖ0，所用电源采用直流脉冲电源，电源的脉冲的占空比、脉冲频率可调,可调范围在10%-60%之间。输出波形是方波。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述控制直流脉冲电源的脉冲占空比与脉冲频率制备AZO薄膜的工艺，通过调节脉冲发生器中，输出的脉冲正向和反向的峰高和正向反向方波的持续时间，以及调节输出的脉冲方波的脉冲频率，并借住检测靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，模拟计算调节。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材AZO时，溅射功率密度50ff/m-15KW/mo本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材AZO时，基板加热的温度是 100°C -300°c。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述基板加热，采用红外灯管加热方式或者电阻丝加热方式，并要求大面积加热基板的温度不均匀性小于±5°C。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材AZO时，溅射靶基距(靶材表面到基板的距离)在70-100mm之间。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材AZO时，溅射的本底真空需要抽至5xlO_4Pa以下，控制水分的分压低于本底真空的4%。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述溅射工艺气体，采用Ar和O2，纯度都高于99.999%。一般02采用混合气体，Ar/02混合气体，混合比例是O2 =Ar是1%_20%之间。采用混合气体便于工艺的气压比例精准调节。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材AZO时，溅射工艺压强控制在0.1-1Pa之间，其中O2的含量占该真空度的0.1%-5%之间。所述的一种新型制备AZO薄膜的工艺，其特征在于，所述溅射AZO透明导电薄膜的厚度在500nm-l.5 μ m之间。本专利技术的另一个较佳实施方式中，所述磁控溅射陶瓷靶材ΑΖ0，检测靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，是分别通过电源自身监测电源输出电压变化和真空压力测量装置监测工艺气压变化。 所述真空压力测量装置，其特征在于:所述真空压力测量装置为电离真空计、电阻真空计、电容真空计。所述模拟计算，其特征在于:根据真空压力测量装置时时监控工艺压强的波动，在联合时时监测电源输出电压在靶材表面的波动，通过模拟计算模块计算，反过来调节电源的脉冲发生器输出的脉冲波的占空比和频率，达到溅射工艺稳定。所述基板，其特征在于:基板采用不锈钢、玻璃、聚酰亚胺(PI)等，其尺寸不限制。本专利技术的AZO镀膜制备工艺具有好的稳定性、能够制备出低方块电阻、高透过率，高致密、较高雾度、分布均匀的AZO透明导电薄膜。【附图说明】附图1是本专利技术的实施例的基体和AZO薄膜结构示意图； 附图2是本专利技术实施例的AZO表面状态SEM图； 附图3是本专利技术实施例的AZO薄膜透过率的测试图。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术做具体阐释。本专利技术提供的一种新型制备AZO薄膜的工艺制备方法，包括:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型制备AZO薄膜的工艺，其特征在于，采用磁控溅射AZO陶瓷靶材，控制直流脉冲电源的脉冲占空比与脉冲频率制备AZO薄膜的工艺，通过调节脉冲发生器中，输出的脉冲正向和反向的峰高和正向反向方波的持续时间，以及调节输出的脉冲方波的脉冲频率，并借助检测靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，模拟计算调节，使其整个溅射AZO工艺稳定、避免打弧现象、得到高透过率、高导电率的透明导电薄膜AZO；所述AZO陶瓷靶材，其特征在于：Al2O3的含量是1at%?3at%之间，余量是ZnO，其中Fe的含量低于10ppm。

【技术特征摘要】
1.一种新型制备AZO薄膜的工艺，其特征在于，采用磁控溅射AZO陶瓷靶材，控制直流脉冲电源的脉冲占空比与脉冲频率制备AZO薄膜的工艺，通过调节脉冲发生器中，输出的脉冲正向和反向的峰高和正向反向方波的持续时间，以及调节输出的脉冲方波的脉冲频率，并借助检测靶材表面的电压变化和溅射工艺气压变化，模拟计算调节，使其整个溅射AZO工艺稳定、避免打弧现象、得到高透过率、高导电率的透明导电薄膜AZO ； 所述AZO陶瓷靶材，其特征在于=Al2O3的含量是lat%-3at%之间，余量是ZnO，其中Fe的含量低于I Oppm。2.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于:所述AZO陶瓷靶材是平面小圆形、平面矩形或旋转圆柱靶材。3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于:所述磁控溅射时阴极采用强磁场的阴极，磁场强度在600GS-1300GS之间。4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于:所述磁控溅射时的电源采用直流脉冲电源，电源的脉冲的占空比、脉冲频率可调，可调范围在10%-60%之间，输出波形是方波，溅射功率根据实际情况调整。5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于:所述磁控溅射时，靶材表面到基板的距离在70-1OOmm之间。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：山东希格斯新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：