專利名稱：一種銦摻雜氧化鋅靶材及透明導電膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銦摻雜氧化鋅濺射靶材及其透明導電膜的制備方法，屬于光電子功能材料技術領域。
背景技術：
透明導電氧化物(transparent conductive oxide，簡稱TC0)是一種重要的光電子功能材料，它對可見光具有很高的透過率，而對紅外光具有很高的反射率，同時具有優(yōu)良的導電性能。因此，TCO被廣泛應用于太陽能電池、平板和液晶顯示、發(fā)光二極管和熱輻射反射鏡等領域。錫摻雜氧化銦andium Tin Oxide，簡稱ΙΤ0)是當前應用最廣泛的透明導電膜，該薄膜中氧化銦的質量含量達90%。眾所周知，金屬銦在地殼中含量稀少，為稀缺資源，價格昂貴；而且ITO在氫等離子體中不穩(wěn)定。因此，必須開發(fā)新型的低銦含量透明導電膜來替代ΙΤ0。氧化鋅原料來源豐富，價格便宜，無毒，在氫等離子體中具有很好的穩(wěn)定性； 是一種寬禁帶半導體，對可見光具有高透過率，容易實現(xiàn)η型摻雜，而且經η型摻雜后的透明導電膜導電性能與ITO接近。因此，以氧化鋅為基體進行摻雜的透明導電膜已經成為當前的研究重點，在很多領域有逐步取代ITO的發(fā)展趨勢。濺射法是制備TCO的主要方法，濺射靶材的質量將直接影響到TCO薄膜的質量。 目前ITO靶材的制備工藝已經很成熟，ZnO基透明導電膜靶材的研究也取得了一定的進展。 中國專利公開說明書CN 1413947Α公開了一種采用氧化鋅和氧化銦混合粉體經冷壓成型和常壓常氣氛燒結制備的鋅銦氧化物陶瓷靶材的制備方法，其氧化銦的質量含量為2-7%。 中國專利公開說明書CN101208452A、101208453A和1013^304Α公開了經添加微量氧化鋯或氧化鋁制備的氧化鋅銦靶材的制備方法。中國專利公開說明書CN 101440470Α公開了一種經液相法制備氧化鋅鋁粉體和熱壓燒結制備氧化鋅鋁靶材的制備方法，所制備的靶材相對密度不低于95%。中國專利公開說明書CN 1289128Α公開了一種由氧化鋅粉和氧化鋁 (或純鋁粉)互相混合燒結出氧化鋁總質量含量為1-6% (或純鋁粉0.5-3%)的鋁摻雜氧化鋅(AZO)靶材，靶材相對密度可達94%以上。中國專利公開說明書CN 101285164Α公開了一種鋁元素含量為Iat-IOat^的AZO陶瓷靶材的制備方法。中國專利公開說明書CN 1558962Α公開了一種由質量含量為90-99%的氧化銦與1_10%的氧化銦和氧化鋅燒結的 ^ifeai7Oltl靶材，這種靶材的銦含量與ITO—樣，都大于90%。從目前公開的專利來看，還沒有采用真空燒結制備的ZnO基透明導電膜靶材。本發(fā)明采用液相或固相法制備銦摻雜氧化鋅粉體，經冷等靜壓成型、真空燒結和氣氛退火得到銦摻雜氧化鋅陶瓷靶材，并使用該靶材經濺射法制備透明導電膜。該方法制備的透明導電膜具有優(yōu)良的光電性能，工藝簡單，成本低廉，有望替代ΙΤ0。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了制備銦摻雜氧化鋅靶材的方法，并提出了采用該靶材制備透明導電膜的方法。該法可以很方便地制備出高密度、高純度的銦摻雜氧化鋅靶材以及具有良好導電性能和高透過率的透明導電膜。本發(fā)明采用如下的技術方案1. 一種銦摻雜氧化鋅靶材，其特征在于該靶材由鋅、銦氧化物粉體經燒結而成； 其中氧化銦的質量含量為0. 5-10% ；靶材的純度不低于99. 9% ；靶材的相對密度不低于 95%，最高可達99. 5%。2.項1所述的銦摻雜氧化鋅靶材的制備方法，其特征在于該靶材的制備過程包括以下步驟(1).制備好的鋅、銦氧化物粉體首先在不銹鋼模具經1 50Mpa單軸壓預壓成型， 再經100 300MPa冷等靜壓成型，然后將成型后的塊體在70-150°C下烘干除去成型劑。(2).烘干后的塊體在真空狀態(tài)下燒結，燒結溫度為900-1500°C。(3).將燒結后的靶材初胚置于純氧氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為 800-1200°C。(4).退火處理后的靶材初胚切割、打磨和安裝背板。3.項2所述的銦摻雜氧化鋅靶材的制備方法，其特征在于燒結該靶材所使用的鋅、銦氧化物粉體是由共沉淀法、溶膠-凝膠法、水解法、水熱法、微乳液法或固相球磨法制備；制備鋅、銦氧化物粉體的過程中添加了質量含量為0-5%的分散劑，分散劑包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛、二辛基琥珀酸磺酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉，甘膽酸鈉和吐溫等；鋅、銦氧化物前驅體干燥后在空氣氣氛或者氧氣氣氛下，經400-80(TC預燒結，然后進行造粒、過篩即得到了鋅、銦氧化物粉體。4. 一種銦摻雜氧化鋅透明導電膜，其特征在于該透明導電膜是采用項1所述的銦摻雜氧化鋅靶材經濺射法制備。5.項4所述的銦摻雜氧化鋅透明導電膜，其特征在于該透明導電膜為六方纖鋅礦相結構，電阻率達10_4 Ω cm,最低電阻率7 X 10_4 Ω cm,在可見光范圍400 800nm最高透過率92 %，平均透過率不低于84 %。6.項4所述的銦摻雜氧化鋅透明導電膜的制備方法，其特征在于濺射鍍膜過程中，工作氣體純氬氣混合0-20%氧氣組成，壓強為0. 1 2. OPa，襯底溫度為室溫 700°C。本發(fā)明使用上述靶材采用濺射法制備銦摻雜氧化鋅透明導電膜。濺射鍍膜過程中，工作氣體純氬氣混合0-20%氧氣組成，壓強為0. 1 2. OPa，襯底溫度為室溫 700°C。 所制備的銦摻雜氧化鋅透明導電膜為六方纖鋅礦相結構，電阻率可達10_4Qcm，電阻率最低可達7 X 10_4 Ω cm，在可見光范圍GOO 800nm)最高透過率可達92 %，而平均透過率不低于 84%。本發(fā)明制備的銦摻雜氧化鋅靶材及其透明導電膜成本低廉、具有良好的廣電性能，有望替代目前大量使用的ITO靶材及其透明導電膜，節(jié)約大量貴重金屬銦，同時大幅降低透明導電膜的成本。


圖1為石英玻璃襯底上制備的銦摻雜氧化鋅透明導電膜的透過率。圖2為石英玻璃襯底上制備的銦摻雜氧化鋅透明導電膜的X射線衍射譜。
具體實施例方式下面通過實例進一步說明本發(fā)明的實施方式，目的在于幫助進一步理解本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，亦即本發(fā)明決不限于下述實例。實施例1 銦摻雜氧化鋅靶材的制備首先采用固相球磨法制備鋅、銦氧化物粉體。按照L2O3/(&ι0+Ιη203)質量比為5% 稱取氧化鋅(純度為99. 99% )粉體和氧化銦(純度為99. 99% )粉體，稱取占粉體總質量
的聚乙二醇，稱取三倍于粉體質量的磨球；將稱量好的粉體、聚乙二醇和磨球放入到球磨罐中，然后添加一定量的無水乙醇，將球磨罐密封固定于球磨機上，然后以200轉/分的速度球磨20小時。球磨完成后將漿料倒出，在80°C下烘干5小時，然后將粉體在700°C和高純氧氣下預燒結5小時，預燒結完成后將粉體進行過篩、造粒即得到了可用于靶材燒結的鋅、銦氧化物粉體。向上述鋅、銦氧化物粉體添加適量無水乙醇并放入到不銹鋼模具中裝好模具，在 20MPa的單軸壓力下預壓成型，然后經200MPa冷等靜壓10分鐘，隨后將成型后的塊體放在 90°C下烘干4小時；待塊體烘干后，將其轉移到真空燒結爐內，抽真空至壓強低于0. IPa后升溫到1100°C燒結20小時；燒結完成后將爐溫降到950°C，然后向燒結爐內通入高純氧氣并保持微正壓進行退火處理20小時；退火處理完成后待爐溫降到室溫取出陶瓷塊體并按要求尺寸進行機械加工和安裝背板就可得到用于濺射鍍膜的銦摻雜氧化鋅靶材。經阿基米德法測定該靶材的密度達5. 4g/cm3。實施例2 銦摻雜氧化鋅透明導電膜的制備采用實例1所制備的銦摻雜氧化鋅靶材用磁控濺射法制備透明導電膜。將靶材安裝于磁控靶槍對應位置上，抽真空至真空室本底真空度高于2. OX 10_4Pa，以石英玻璃為襯底，襯底溫度保持在40(TC，往真空室內通入lOOsccm氬氣(sccm表示標準毫升每分鐘)， 調節(jié)真空室壓強為0. 15Pa，調節(jié)射頻電源功率為100W，在正式沉積薄膜之前靶材先預濺射 IOmin0按照上述工藝條件制備厚度約為300nm的銦摻雜氧化鋅透明導電膜。經測試表明該透明導電膜的晶體結構為沿(002)取向的六方纖鋅礦相結構，電阻率為8X 10_4Qcm，可見光范圍GOO 800nm)最高透過率可達92%，而平均透過率為85%。
權利要求
1.一種銦摻雜氧化鋅靶材，其特征在于該靶材由鋅、銦氧化物粉體經燒結而成；其中氧化銦的質量含量為0. 5-10% ；靶材的純度不低于99. 9% ；靶材的相對密度不低于95%， 最高可達99. 5%0
2.權利要求1所述的銦摻雜氧化鋅靶材的制備方法，其特征在于該靶材的制備過程包括以下步驟(1).制備好的鋅、銦氧化物粉體首先在不銹鋼模具經1 50Mpa單軸壓預壓成型，再經 100 300MI^冷等靜壓成型，然后將成型后的塊體在70-150°C下烘干除去成型劑。(2).烘干后的塊體在真空狀態(tài)下燒結，燒結溫度為900-1500°C。(3).將燒結后的靶材初胚置于純氧氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為800-1200°C。(4).退火處理后的靶材初胚切割、打磨和安裝背板。
3.權利要求2所述的銦摻雜氧化鋅靶材的制備方法，其特征在于燒結該靶材所使用的鋅、銦氧化物粉體是由共沉淀法、溶膠-凝膠法、水解法、水熱法、微乳液法或固相球磨法制備；制備鋅、銦氧化物粉體的過程中添加了質量含量為0-5%的分散劑，分散劑包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛、二辛基琥珀酸磺酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉，甘膽酸鈉和吐溫等；鋅、銦氧化物前驅體干燥后在空氣氣氛或者氧氣氣氛下，經400-80(TC預燒結，然后進行造粒、過篩即得到了鋅、銦氧化物粉體。
4.一種銦摻雜氧化鋅透明導電膜，其特征在于該透明導電膜是采用權利要求1所述的銦摻雜氧化鋅靶材經濺射法制備。
5.權利要求4所述的銦摻雜氧化鋅透明導電膜，其特征在于該透明導電膜為六方纖鋅礦相結構，電阻率達10_4 Ω cm，最低電阻率7 X10_4Qcm，在可見光范圍400 800nm最高透過率92 %，平均透過率不低于84 %。
6.權利要求4所述的銦摻雜氧化鋅透明導電膜的制備方法，其特征在于濺射鍍膜過程中，工作氣體純氬氣混合0-20%氧氣組成，壓強為0. 1 2. OPa，襯底溫度為室溫 700 °C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銦摻雜氧化鋅濺射靶材及其透明導電膜的制備方法。該法采用液相法或固相法制備銦摻雜氧化鋅粉體，經冷等靜壓成型、真空燒結和氣氛退火得到高純銦摻雜氧化鋅陶瓷靶材，并使用該靶材經濺射法制備透明導電膜。其中氧化銦的質量含量為0.5-10％；靶材的純度不低于99.9％；靶材的相對密度不低于95％，最高可達99.5％。采用該靶材經濺射法制備的透明導電膜具有優(yōu)良的光電性能，電阻率可低至7×10-4Ωcm，在可見光范圍(400～800nm)最高透過率可達92％，而平均透過率不低于84％，可廣泛應用于太陽能電池、發(fā)光二極管、平板和液晶顯示等領域。
文檔編號C23C14/34GK102191465SQ20101012758
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權日2010年3月18日
發(fā)明者曹永革, 王美麗, 鄧種華, 黃常剛 申請人:中國科學院福建物質結構研究所