專利名稱：用于制備透明導(dǎo)電薄膜的鋅鋁氧化物靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于制備氧化物透明導(dǎo)電薄膜的靶材。
透明導(dǎo)電氧化物(transparent conductive oxide)(簡(jiǎn)稱TCO)薄膜主要包括In、Sn、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，具有禁帶寬、可見(jiàn)光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等共同光電特性，TCO薄膜因其既透明又導(dǎo)電的優(yōu)異性能而得以廣泛應(yīng)用。
目前TCO薄膜的主要應(yīng)用領(lǐng)域有平面液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、場(chǎng)致發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示(ELD)、電致彩色顯示(ECD)、薄膜太陽(yáng)能電池透明電極。由于TCO薄膜具有對(duì)光波的選擇性(對(duì)可見(jiàn)光的透射和對(duì)紅外光的反射)，可用作熱反射鏡，用于寒冷地區(qū)的建筑玻璃窗起熱屏蔽作用，節(jié)省能源消耗；TCO薄膜也可用作透明表面發(fā)熱器，在汽車、飛機(jī)等交通工具的玻璃窗上形成防霧除霜玻璃，同理，TCO薄膜還可用在防霧攝影機(jī)鏡頭、特殊用途眼鏡、儀器視窗上。柔性襯底TCO薄膜的開(kāi)發(fā)使它的潛在用途擴(kuò)大到制造柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器、可折疊太陽(yáng)能電池以及作為保溫材料用于塑料大棚、玻璃粘貼膜等。
盡管人們開(kāi)發(fā)了ZnO、SnO2、及In2SnO5、ZnOIn2O3、Zn2SnO4、Zn2In2O5、CdSb2O6、CdIn2O1、Cd2SnO4、GaInO3、In4Sn3O12、MgIn2O4、FTO(Sn2OF)等多元透明氧化物薄膜材料，但應(yīng)用最廣、最成熟當(dāng)屬摻錫氧化銦(Indium tin oxide，簡(jiǎn)稱ITO)。
ITO薄膜有復(fù)雜的立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，電阻率低達(dá)10-4Ω·cm量級(jí)，可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)平均光透射率80％以上。它的優(yōu)異光電性質(zhì)使之成為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的TCO薄膜，是平板顯示器件中不可或缺的平面透明電極材料。優(yōu)質(zhì)的ITO薄膜主要是利用ITO陶瓷靶材采用濺射方法制備的。
ITO陶瓷靶材及用其制備的ITO薄膜也有如下不足1、由于銦為稀有元素，在自然界中貯存量少，因而價(jià)格較高(一公斤銦的價(jià)格約達(dá)4000元)，從而導(dǎo)致ITO靶材的價(jià)格很高；2、ITO靶材制造工藝復(fù)雜，要用熱等靜壓設(shè)備和工藝，制造成本高；3、ITO薄膜在磁控濺射制備工藝中，溫度要求高(350-400℃)，一般只適用于玻璃基底。而在柔性襯底上制備薄膜時(shí)，基底溫度一般不允許超過(guò)150℃，所以在柔性襯底上制備性能優(yōu)異的ITO薄膜較為困難。
4、應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中時(shí)ITO薄膜性能不夠穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，研制出一種新型的鋅鋁氧化物(ZAO)靶材，可用于制備性能優(yōu)異的鋅鋁氧化物(ZAO)透明導(dǎo)電薄膜，替代ITO薄膜，用該靶材制備的ZAO薄膜的光電性能與ITO薄膜性能水平相當(dāng)，但制造成本遠(yuǎn)低于后者；該靶材不僅適用于在玻璃襯底上制備ZAO薄膜，而且還適用于在柔性襯底上制備ZAO薄膜；用該靶材制備的ZAO薄膜在等離子體中穩(wěn)定性好，可在太陽(yáng)能電池透明電極應(yīng)用方面取得突破，替代ITO薄膜，從而推動(dòng)廉價(jià)民用太陽(yáng)能工業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)明提出的一種用于制各透明導(dǎo)電薄膜的鋅鋁氧化物靶材，其特征在于，用純度不低于99.9％的氧化鋅粉末與純度不低于99.9％的氧化鉛粉末相互混均勻，燒結(jié)成密度不低于理論密度的94％的塊體，其中所說(shuō)的氧化鋁粉末占總質(zhì)量的1-6％。
本發(fā)明提出另一種用于制備透明導(dǎo)電薄膜的鋅鋁氧化物靶材，其特征在于，用純度不低于99.9％的氧化鋅粉末與純度不低于99.9％的純鋁粉末相互混均勻，燒結(jié)成密度不低于理論密度的94％的塊體，其中，所說(shuō)的純鋁粉末占總質(zhì)量的0.5-3％。
本發(fā)明的靶材用其制備的ZAO薄膜性能及效果本發(fā)明的靶材相對(duì)密度大于94％，具有高精密性、穩(wěn)定性、可靠性和良好的通用性。
用本發(fā)明的靶材制備的鋅鋁氧化物薄膜(簡(jiǎn)稱ZAO)的結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦型，其性能已可與ITO相比擬，最低電阻率達(dá)10-4Ω.cm量級(jí)，可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)平均光透射率84％以上。
ZAO薄膜沉積在有機(jī)透明襯底上，可得到接近沉積在玻璃襯底上的薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)。沉積在透明聚酯膠片、聚異氰酸酯和普通電工用的聚酯薄膜上的ZAO薄膜的電阻率在10-4Ω.cm，透射率大于84％。柔性基片的TCO薄膜具有可彎曲、重量輕、不易碎、便于大面積生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)泉?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，從而大大增加了ZAO薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大了市場(chǎng)范圍，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)化。
ZAO薄膜有很多突出優(yōu)點(diǎn)，例如原料易得，制造成本低廉，無(wú)毒，易于實(shí)現(xiàn)摻雜，且在等離子體中穩(wěn)定性好等，有望在太陽(yáng)能電池透明電極應(yīng)用方面取得突破，替代ITO薄膜，從而推動(dòng)廉價(jià)民用太陽(yáng)能工業(yè)的發(fā)展。目前，大屏幕、高清晰度液晶顯示普及迅速，需求不斷增加，而全世界性的能源饋乏和自然環(huán)境保護(hù)的需要也展現(xiàn)了太陽(yáng)能電池的良好發(fā)展前景，這也為ZAO產(chǎn)業(yè)提供了機(jī)遇和發(fā)展空間。
該靶材與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有成分簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、膜基附著力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)、性能好，鍍膜不起斑點(diǎn)、耐蝕耐磨、色澤漂亮等特點(diǎn)。用于鍍膜制造成本低廉，無(wú)毒，易于實(shí)現(xiàn)摻雜，且ZAO薄膜在等離子體中穩(wěn)定性好，是ITO的替代產(chǎn)品，尤其是在太陽(yáng)能電池透明電極領(lǐng)域。
實(shí)施例一用純度為99.9％的氧化鋅粉末與純度99.9％的氧化鋁粉末(占總質(zhì)量的1.3％)相互混合均勻，燒結(jié)成密度為理論密度的96％的塊體，制成靶材。應(yīng)用該靶材采用濺射沉積的方法沉積ZAO薄膜，薄膜的電阻率和透過(guò)率分別為7.2×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
實(shí)施例二用純度為99.9％的氧化鋅粉末與純度99.9％的氧化鋁粉末(占總質(zhì)量的3.2％)相互混合均勻，燒結(jié)成密度為理論密度的95％的塊體，制成靶材。應(yīng)用該靶材采用濺射沉積的方法沉積ZAO薄膜，薄膜的電阻率和透過(guò)率分別為5.6×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
實(shí)施例三用純度為99.9％的氧化鋅粉末與純度99.9％的氧化鋁粉末(占總質(zhì)量的5.7％)相互混合均勻，燒結(jié)成密度為理論密度的94％的塊體，制成靶材。應(yīng)用該靶材采用濺射沉積的方法沉積ZAO薄膜，薄膜的電阻率和透過(guò)率分別為6.4×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
實(shí)施例四用純度為99.9％的氧化鋅粉末與純度為99.9％的純鋁粉末(占總質(zhì)量的0.55％)相互混合均勻，燒結(jié)成密度為理論密度的96.2％的塊體，制成靶材。應(yīng)用該靶材采用濺射沉積的方法沉積ZAO薄膜，薄膜的電阻率和透過(guò)率分別為7.1×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
實(shí)施例五用純度為99.9％的氧化鋅粉末與純度為99.9％的純鋁粉末(占總質(zhì)量的2.8％)相互混合均勻，燒結(jié)成密度為理論密度的94.6％的塊體，制成靶材。應(yīng)用該靶材采用濺射沉積的方法沉積ZAO薄膜，薄膜的電阻率和透過(guò)率分別為6.6×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備透明導(dǎo)電薄膜的鋅鋁氧化物靶材，其特征在于，用純度不低于99.9％的氧化鋅粉末與純度不低于99.9％的氧化鋁粉末相互混均勻，燒結(jié)成密度不低于理論密度的94％的塊體，其中所說(shuō)的氧化鋁粉末占總質(zhì)量的1-6％。
2.一種用于制備透明導(dǎo)電薄膜的鋅鋁氧化物靶材，其特征在于，用純度不低于99.9％的氧化鋅粉末與純度不低于99.9％的純鋁粉末相互混均勻，燒結(jié)成密度不低于理論密度的94％的塊體，其中，所說(shuō)的純鋁粉末占總質(zhì)量的0.5-3％。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于,用純度不低于99.9%的氧化鋅粉末與純度不低于99.9%的氧化鋁粉末或純鋁粉末相互混合均勻,燒結(jié)成密度不低于理論密度的94%的塊體。本發(fā)明具有成分簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、膜基附著力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)、性能好,鍍膜不起斑點(diǎn)、耐蝕耐磨、色澤漂亮等特點(diǎn)。用于鍍膜制造成本低廉,無(wú)毒,易于實(shí)現(xiàn)摻雜,且ZAO薄膜在等離子體中穩(wěn)定性好,是ITO的替代產(chǎn)品,尤其是在太陽(yáng)能電池透明電極領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/01GK1289128SQ0012979
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月13日
發(fā)明者趙大慶, 莊大明, 方玲, 梁展鴻, 俞錦方, 沈淦榮, 楊偉方 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 浙江金洲集團(tuán)股份有限公司