[发明专利]一种利用原子层沉积技术通过置换反应制备透明铜薄膜导电电极的方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电电极制备技术领域，具体涉及一种利用原子层沉积技术通过置换反应制备透明铜薄膜导电电极的方法。

背景技术

透明导电电极被广泛应用于平板显示、固态照明、微小显示器、太阳能电池及光电探测器等领域，是光电器件的关键组件。目前，透明导电电极最常用的薄膜材料是通过磁控溅射技术制备在玻璃或者其他透明基质上的ITO薄膜，然而ITO薄膜虽然具有比较好的透光率，但其应用也存在诸多限制，例如：a)导电性相对较差；b)制备ITO薄膜所需要的铟属于稀有金属，在地壳中含量较少，且铟材料有毒，在制备和应用过程中对人体有害；c)ITO薄膜延展性较差，不适用于柔性基底。与之相反的是，金属电极虽然具有较好的导电性，延展性以及较为丰富的来源，但是金属电极的透光性较差，很难制备出透明的金属导电电极。

制备透明导电电极的主要方法为真空物理法和化学方法。其中，真空物理法主要指磁控溅射法，该种方法可以制备致密均匀、物理附着性好的透明导电膜，但是对仪器设备及生长环境要求高，且制备出来的金属薄膜电极透光性较差。化学方法主要为溶胶-凝胶法，该方法的优点是生产设备简单，易于实现多组分的均匀掺杂，但是导电膜和基底间物理附着性差且高温处理使得透明导电电极的基底受到限制。

原子层沉积(ALD)是一种基于自限制性和自饱和性的改性技术，在沉积过程中，通过将气相前驱体(即反应源)脉冲交替地通入反应室并在沉积基体上发生表面化学吸附反应形成薄膜的一种方法。在沉积过程中，通过将气相前驱体(即反应源)脉冲交替地通入反应室并在沉积基体上发生表面化学吸附反应形成薄膜的一种方法。脉冲时间决定通入前驱体源的用量，当通入另一种气相前驱体脉冲时，需要将前面的前驱体排除干净，方式是用氮气将前驱体运送排出，排空时间就是氮气的通入时间,/循环是指气相前驱体(即反应源)脉冲交替地通入反应室并在沉积基体上发生表面化学吸附反应形成的一个循环。

相比于传统的真空物理法和化学法，原子层沉积技术因为其自限制的生长模式，可以生长均匀、高保型性、高高宽比的薄膜；而且由于逐层生长的特点，能精确的控制生长薄膜的厚度，可以用来制备超薄透明导电金属薄膜电极，因此越来越受到人们的重视。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，结合原子层沉积技术的优势，提供一种基于原子层沉积技术通过置换反应制备透明铜薄膜导电电极的方法。采用原子层沉积技术制备透明铜薄膜导电电极解决了同时具有高导电性、透光率及延展性的透明导电电极的难点，由于制备的是Cu薄膜导电电极，因此其具有较好的延展性，当使用柔性基底时，还可以制备成柔性器件。

本发明所述的一种基于原子层沉积技术通过置换反应制备透明铜薄膜导电电极的方法，其具体步骤如下：

1)将透明基底依次用丙酮、乙醇及去离子水擦拭，并依次用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗，然后用氮气吹干；

2)在步骤1)得到的透明基底的同一侧表面粘贴两条相互分立的保护膜，两条保护膜对称地位于基底表面靠近边缘处的位置(保护膜的作用在于控制发光区域的面积以避免阳极和阴极接触短路)，得到图形化透明基底，然后将该图形化透明基底送入原子层沉积设备的反应室中；

3)向原子层沉积设备的反应室内依次通入反应物前驱体二乙基锌(ZnEt₂)和二(六氟乙酰丙酮)铜(Cu(hfac)₂)，在步骤2)得到的图形化透明基底上沉积生长厚度为10～12nm的透明铜薄膜，生长完成后揭下保护膜；由于保护膜的存在，生长在透明基底上的透明铜薄膜的横向或纵向尺寸小于透明基底的横向或纵向尺寸，即在透明铜薄膜横向或纵向的边缘处位置露出部分透明基底；

4)将步骤3)得到的透明基底及其上沉积生长的透明铜薄膜高温退火，退火温度为200～300℃，退火时间为20～30min，从而在透明基底上得到图形化的均匀透明铜薄膜导电电极。

上述方法步骤1)所述的透明基底为普通抛光玻璃，也可以是聚萘二甲酸乙二醇酯polyethylene naphthalate(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯polyethylene terephthalate(PET)、聚醚酰亚胺polyetherimide(PEI)等柔性商用透明聚酯膜基底。

上述方法步骤2)所述的保护膜是硅片保护膜。硅片保护膜为双层结构，由基底层和胶黏层组成，基底层为双轴拉伸聚氯乙烯，胶黏层为经过处理的丙烯酸酯乳胶。保护膜可以被轻易地从基底上撕除而无胶黏剂残留。