[發明專利]一種具有單層結構的透明導電薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810048854.5
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108385072B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 宋偉杰;許君君;李佳;黃金華;楊曄;盛偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;H01B5/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種具有單層結構的透明導電薄膜及其制備方法和應用，其制備包括：將清洗后的基底裝入真空磁控濺射設備的真空腔室中，當腔室的真空度為1×10^?4～7×10^?4Pa時，充入氬氣，并控制總氣壓為0.16Pa，調整靶材的濺射功率為10～60W，之后開啟樣品擋板，采用直流磁控濺射法對基底的表面進行沉積，得到所述透明導電薄膜；所述透明導電薄膜由銀和金屬氧化物組成。本發明通過直接濺射由銀和金屬氧化物組成的合金靶材或者共濺射銀和金屬氧化物靶材，制備得到較低厚度下連續且穩定性較好的透明金屬導電薄膜，以達到降低結構復雜度，減少材料用量的目的。

技術領域

本發明涉及透明導電薄膜的制備領域，具體涉及一種具有單層結構的透明導電薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

目前，旨在替代ITO的透明導電薄膜主要包括其他摻雜半導體、導電聚合物、石墨烯、碳納米管以及金屬(包括金屬納米線、金屬柵格以及超薄金屬薄膜)。

如公開號為US 005786094 A的專利文獻公開了一種具有環境穩定性的超薄金屬透明導電薄膜。所制備的超薄金屬薄膜具有單層結構，主要包括玻璃襯底和金屬層。通過使用離子束、電子束、激光束或其組合預先照射襯底，使襯底活化，從而獲得較低厚度下連續的超薄金屬層。金屬層主要采用Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、鑭系金屬和錒系金屬等過渡金屬。所述超薄金屬薄膜在0.5％氯化鈉水溶液噴霧實驗和0.1N鹽酸浸泡溶液中具有較好穩定性。但該專利文獻需要預先使襯底活化才能獲得較低厚度下連續的超薄金屬層，且未明確闡釋所得超薄金屬薄膜的閾值厚度。

公開號為WO/2016/130717A1的專利文獻公開了一種耐刮擦且具有光滑表面的柔性超薄金屬透明導電膜的制備方法。所制備的超薄金屬薄膜具有多層結構，主要結構自下而上包括柔性透明襯底以及金屬/金屬氧化物/金屬/金屬氧化物……交替層，金屬主要為Ag、Cu、Al或以上的組合，厚度為0.5-3nm，金屬氧化物主要為Ag、Cu、Al或以上組合暴露于空氣中1-60s后形成的氧化物，厚度小于0.05nm。所述超薄金屬薄膜的閾值厚度可能小于2nm。該專利文獻利用金屬氧化物層阻擋底部金屬層的擴散與聚集，得到的超薄金屬薄膜具有大于兩層的結構。

公開號為US 9012044 B2的專利文獻公開了一種基于超薄金屬層的穩定性較好的透明導電膜。所述透明導電膜具有多層結構，主要結構自下而上包括基底、金屬氧化物層、多晶種子層、導電金屬或合金層以及頂部的阻擋層。金屬氧化物層主要采用SnO₂、ZnO、ZnSnO₃、Zn₂SnO₄、In₂O₃、Bi₂O₃、ITO或其組合，多晶種子層主要采用ZnO、Al₂O₃或其組合，導電金屬層或合金層主要是Ag、Au、Cu、Ni、Cr或以上的組合，阻擋層主要是金屬氧化物層或聚合物層。該專利文獻將金屬氧化物作為潤濕層，得到的透明導電薄膜具有大于兩層的結構。

在這些體系中，超薄金屬(＜10nm)透明導電薄膜一般具有多層復合結構，其復合結構設計的出發點一方面是為了通過襯底表面修飾、籽晶層等手段，使金屬薄膜的生長模式在較低厚度下實現三維島狀向二維連續的轉變，另一方面是為了通過在金屬薄膜頂部添加阻擋層或保護層，使金屬薄膜在各種使用條件下具有更好的穩定性。