[发明专利]一种透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种透明导电薄膜及其制备方法。

透明导电薄膜作为一种既对可见光透明，又具有良好电导率的材料，在显示器件、光色器件、太阳能电池、透明物体加热、抗静电表面处理、电屏蔽、薄膜电阻、隔热节能玻璃等方面有着广泛的应用。目前，国际上应用最为广泛的透明导电薄膜是掺锡的氧化铟薄膜(In₂O₃：Sn，简称ITO)。这是一种掺杂的半导体材料。对主体氧化铟(In₂O₃)而言，铟是三价的，而掺杂元素锡(Sn)是四阶的。因此，用一个锡原子来取代一个铟原子，就会提供一个导电电子。这种透明导电薄膜对掺杂元素的要求比较苛刻。除了上述原子价的差别外，还要求相应的离子半径不能大于被取代的离子半径，电子要有高的迁移率，且不能形成新的绝缘化合物。此外，在制备这种透明导电薄膜时，以玻璃为基板，为了防止玻璃基板中的杂质元素沾污薄膜，需要在薄膜和基板之间加镀一层防扩散阻挡层，例如，通常用高频溅射法在基板上先制备一层二氧化硅(SiO₂)薄膜作为防扩散阻挡层。这样，制备工艺就比较复杂。因此，尽管氧化铟锡薄膜获得了广泛应用，人们仍在继续研究和寻找新的透明导电薄膜。

本发明的目的在于提出一种质量好、制备工艺简便的透明导电薄膜及其制备工艺。

本发明提出的透明导电薄膜，以氧化铟(In₂O₃)为主体，以钼(M₀)或钨(W)为掺杂元素，钼或钨元素的掺入量为总重量的3-5％。记这种透明导电薄膜为In₂O₃：X，简记为IXO，这里的X为M₀或W，下同。

我们知道，钼(M₀)或钨(W)为六价元素，它们的离子半径(M₀⁶⁺或W⁶⁺)均小于铟的离子半径(I_n³⁺)，所制备的掺钼或掺钨的氧化铟薄膜经X光衍射(XRD)表明，没有新的化合物产物。而且，每一个钼或钨原子可以提供3个导电电子(而锡原子只能提供一个导电电子)。因此，这种透明导电薄膜具有更好的导电性能。

对于上述透明导电薄膜In₂O₃：X，本发明提出了相应的制备方法。其中，以玻璃为基板，先在基板上镀一层氧化铟(In₂O₃)薄膜，该薄膜厚度为30～50nm，作为防扩散阻挡层，以取代现行ITO薄膜中的SiO₂薄膜。然后，开始掺杂，控制X的掺入量，制得In₂O₃：X透明导电膜。在制备过程中，沉积速率及薄膜的厚度采用光干涉法在线实时监控。由于本制备方法中，防扩散阻挡层采用纯In₂O₃与导电薄膜的主体氧化物一致。因此，制备过程变得很简单。

本发明提出的制备上述透明导电薄膜方法，可以是反应蒸发法，也可以是反应磁控溅射法。

实施例1：真空反应蒸发法制备In₂O₃：X透明导电薄膜，具体步骤如下：

1.对真空室排气，压强低于1×10^-2Pa，同时在真空室由电加热器对玻璃基板加热，基板温度控制在200℃～400℃范围；

2.将氧气充入真空室，调节真空室主阀，控制真空室中的氧气分压强在1.3×10^-1Pa～7×10^-2Pa范围；

3.开始加热蒸发铟(In)，在加热的玻璃基板上形成In₂O₃薄膜。该薄膜是作为防扩散阻挡层。当其厚度达到30～50nm时，开始同时蒸发XO₃，进行掺杂，控制XO₃的掺入量，以形成In₂O₃：X透明导电薄膜，在薄膜形成过程中，利用透过薄膜的光强度的变化，对薄膜的沉积速率和薄膜的厚度进行实时监控。

这里的X为M₀或W。

实施例2：反应磁控溅射法制备In₂O₃：X透明导电薄膜具体步骤如下：

1.制备溅射用靶。

溅射用靶可以是氧化物靶，也可以是金属拼靶。