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專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
發明內容
專利目的
技術方案
層疊於所述金屬薄膜層下表面的透明底膜；
層疊於所述金屬薄膜層上表面的透明導電膜層。
優選的，所述透明底膜為氧化鋅基透明膜層；所述金屬網孔薄膜層為銀網孔層。
具體的，所述氧化鋅基透明膜層為氧化鋅透明膜層（ZnO）、摻鋁氧化鋅透明膜層（AZO）、摻錫氧化鋅透明膜層（ZTO）、摻鎵氧化鋅透明膜層（GZO）、摻銦氧化鋅透明膜層（IZO）或摻銦鎵氧化鋅透明膜層（IGZO）中的一種。
為防止純銀的氧化、腐蝕或顆粒化，所述銀網孔層可為摻雜有0.5％-5％重量比其它金屬組分的銀合金，所述其它金屬組分為鉑、鈦、金、銅、鉻或鎳中的一種；
或者，可以採取增加阻擋層的方式以防止純銀的氧化、腐蝕或顆粒化，具體的，在所述銀網孔層的上表面沉積第一阻擋層；所述第一阻擋層為鎳金屬層、鉻金屬層、鈦金屬層、金金屬層、銅金屬層、鎳鉻合金層、鎳金屬氧化物層、鉻金屬氧化物層、鈦金屬氧化物層或銅金屬氧化物層中的一種；所述第一阻擋層的厚度為1-10納米；
為了更有效地防止純銀的氧化、腐蝕或顆粒化，所述銀網孔層的上表面沉積第一阻擋層後，在所述銀網孔層的下表面沉積第二阻擋層；所述第二阻擋層為鎳金屬層、鉻金屬層、鈦金屬層、金金屬層、銅金屬層、鎳鉻合金層、鎳金屬氧化物層、鉻金屬氧化物層、鈦金屬氧化物層或銅金屬氧化物層中的一種；所述第二阻擋層的厚度為1-10納米。
優選的，所述透明導電膜層為氧化銦錫膜層（ITO）、摻鋁氧化鋅膜層（AZO）、摻銻氧化錫膜層（ATO）、摻鋅氧化銦膜層（IZO）、摻錫氧化鋅膜層（ZTO）、氧化鉬膜層（MoO3）或氮化鈦層（TiN）。
優選的，所述透明底膜的厚度為10-70納米；所述金屬網孔薄膜層的厚度為5-20納米；所述透明導電膜層的厚度為10-70納米。
所述透明導電膜層覆蓋於所述金屬網孔薄膜層上表面，並且填充所述金屬網孔薄膜層的無序孔洞結構的空腔，使所述透明導電膜層與所述透明底膜連通，可提高低電阻透明導電薄膜的透光率，並使低電阻透明導電薄膜顏色呈中性。
上述低電阻透明導電薄膜的製備方法，包括如下步驟：
S1、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在襯底的表面沉積一層透明底膜；
S2、在透明底膜表面鍍覆一層無序排列的微球層掩膜；
S3、套用常溫磁控濺射工藝在鍍覆有微球層掩膜的透明底膜表面沉積一層金屬薄膜；
S4、去除微球層掩膜，得到具有無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層；
S5、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在具有無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層的表面沉積一層透明導電膜層，即完成所述低電阻透明導電薄膜的製備。
優選的，步驟S1中所述襯底可根據套用需要，在沉積透明底膜前預先鍍覆一層或多層透明光學薄膜，具體可為二氧化矽薄膜、五氧化二鈮薄膜、二氧化鈦薄膜或氮化矽薄膜。
優選的，步驟S1中所述透明底膜為氧化鋅基透明膜層，具體材料可為氧化鋅、摻鋁氧化鋅、摻錫氧化鋅、摻鎵氧化鋅、摻銦氧化鋅或摻銦鎵氧化鋅中的一種。
優選的，步驟S1中沉積的透明底膜的厚度為10-70納米，可見光折射率大於1.5。
優選的，所述透明底膜為氧化鋅基透明膜層；所述氧化鋅基透明膜層為氧化鋅透明膜層、摻鋁氧化鋅透明膜層、摻錫氧化鋅透明膜層、摻鎵氧化鋅透明膜層、摻銦氧化鋅透明膜層或摻銦鎵氧化鋅透明膜層中的一種。
具體的，步驟S2中可採用中國發明專利ZL201110141276.8中所公開的方法在透明底膜表面鍍覆微球層掩膜。
步驟S2中所述微球層掩膜為一層無序排列的單分散的微球。
微球優選低等電點的微球，具體可為聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或二氧化矽微球。所述微球的直徑範圍為100-1000納米；所述微球在所述透明底膜表面的表面積覆蓋率為10％-40％。
優選的，所述微球在透明底膜的排列方式為不規則小團簇的無序間隔分布，每個團簇包含1-20個微球，每個團簇的形狀、大小不一致，每個團簇的寬度不超過1000納米，每個團簇的長度不超過5000納米。
優選的，步驟S3中所述金屬薄膜的厚度為5-20納米。所述金屬薄膜的厚度根據實際需要的面電阻要求來確定，厚度越大，面電阻越小。
優選的，步驟S3中所述金屬薄膜的材料為銀；
更優選的，步驟S3中所述金屬薄膜的材料為摻雜有0.5％-5％重量比其它金屬組分的銀合金，所述其它金屬組分為鉑、鈦、金、銅、鉻或鎳等中的一種。
具體的，步驟S4中可採用異丙醇擦拭、純水超音波清洗或沸騰乙醇清洗的方式去除微球層掩膜。
優選的，步驟S5中所述透明導電膜層的厚度為10-70納米，可見光折射率大於1.5。
優選的，步驟S5中所述透明導電膜層為氧化銦錫膜層、摻鋁氧化鋅膜層、摻銻氧化錫膜層、摻鋅氧化銦膜層、摻錫氧化鋅膜層、氧化鉬膜層或氮化鈦膜層。
改善效果
（1）《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》所述低電阻透明導電薄膜為透明底膜/金屬網孔薄膜層/透明導電膜層的三疊層薄膜結構，因其金屬網孔薄膜層具有獨特的無序孔洞結構，使該低電阻透明導電薄膜具有更好的導電性，面電阻可達到20歐姆/平方以下。
（2）《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》所述低電阻透明導電薄膜的金屬網孔薄膜層具有的無序孔洞結構為納米級孔洞尺度，比無孔洞的連續金屬薄膜和具有微米級孔洞尺度（孔洞寬度大於1000納米）的金屬格線更能夠增強表面等離子激元（surfaceplasmon）效應，即可以在入射光的作用下激發出強度更大的表面等離子激元，且金屬網孔薄膜層兩側表面激元間的耦合度更強，從而可以通過再在金屬網孔薄膜層兩側同時疊加高折射率透明介質層的方法使得表面等離子激元的光學增透效果進一步強化，最終取得更高的可見光透過率。
（3）《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》所述低電阻透明導電薄膜的金屬網孔薄膜層具有的無序孔洞結構的排列分布和形狀大小的無序性恰好避免了彩色干涉條紋的出現，使所述低電阻透明導電薄膜外觀顏色呈中性。
附圖說明
圖1為《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》實施例1所述低電阻透明導電薄膜的結構示意圖。
圖2為《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》實施例1所述低電阻透明導電薄膜的金屬網孔薄膜層的掃描電子顯微鏡成像圖。
圖3為《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》實施例1所述低電阻透明導電薄膜的金屬網孔薄膜層的原子力顯微鏡成像圖。
圖4為《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》不同面電阻的低電阻透明導電薄膜的可見光透過率曲線圖。
圖5為該實施例1中低電阻透明導電薄膜的表面粗糙度檢測圖。
技術領域
《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》涉及光電子元器件領域，尤其涉及一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法。
權利要求
1. 一種低電阻透明導電薄膜，包括：具有若干無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層，所述無序孔洞結構在金屬網孔薄膜層中的形狀、大小及分布都呈隨機狀態，且任一單個無序孔洞結構的窄邊寬度小於1000納米、長度小於5000納米；層疊於所述金屬網孔薄膜層下表面的透明底膜；層疊於所述金屬網孔薄膜層上表面的透明導電膜層。
2.根據權利要求1所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：所述透明底膜為氧化鋅基透明膜層；所述金屬網孔薄膜層為銀網孔層。
3.根據權利要求2所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：所述氧化鋅基透明膜層為氧化鋅透明膜層、摻鋁氧化鋅透明膜層、摻錫氧化鋅透明膜層、摻鎵氧化鋅透明膜層、摻銦氧化鋅透明膜層或摻銦鎵氧化鋅透明膜層中的一種。
4.根據權利要求2或3所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：所述銀網孔層為摻雜有0.5％-5％重量比其它金屬組分的銀合金，所述其它金屬組分為鉑、鈦、金、銅、鉻或鎳中的一種。
5.根據權利要求2所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：所述銀網孔層的上表面沉積第一阻擋層；所述第一阻擋層為鎳金屬層、鉻金屬層、鈦金屬層、金金屬層、銅金屬層、鎳鉻合金層、鎳金屬氧化物層、鉻金屬氧化物層、鈦金屬氧化物層或銅金屬氧化物層中的一種；所述第一阻擋層的厚度為1-10納米。
6.根據權利要求5所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：在所述銀網孔層的下表面沉積第二阻擋層；所述第二阻擋層為鎳金屬層、鉻金屬層、鈦金屬層、金金屬層、銅金屬層、鎳鉻合金層、鎳金屬氧化物層、鉻金屬氧化物層、鈦金屬氧化物層或銅金屬氧化物層中的一種；所述第二阻擋層的厚度為1-10納米。
7.根據權利要求1所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：透明導電膜層為氧化銦錫膜層、摻鋁氧化鋅膜層、摻銻氧化錫膜層、摻鋅氧化銦膜層、摻錫氧化鋅膜層、氧化鉬膜層或氮化鈦層。
8.根據權利要求1所述的低電阻透明導電薄膜，其特徵在於：所述透明底膜的厚度為10-70納米；所述金屬網孔薄膜層的厚度為5-20納米；所述透明導電膜層的厚度為10-70納米。
9.一種根據權利要求1-8任一項所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，包括如下步驟：S1、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在襯底的表面沉積一層透明底膜；S2、在透明底膜表面鍍覆一層無序排列的微球層掩膜；S3、套用常溫磁控濺射工藝在鍍覆有微球層掩膜的透明底膜表面沉積一層金屬薄膜；S4、去除微球層掩膜，得到具有無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層；S5、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在具有無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層的表面沉積一層透明導電膜層，即完成所述低電阻透明導電薄膜的製備。
10.根據權利要求9所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：步驟S1中所述襯底在沉積透明底膜前預先鍍覆一層或多層透明光學薄膜。
11.根據權利要求10所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：所述透明光學薄膜為二氧化矽薄膜、五氧化二鈮薄膜、二氧化鈦薄膜或氮化矽薄膜。
12.根據權利要求9或10所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：步驟S1中沉積的透明底膜的厚度為10-70納米，可見光折射率大於1.5。
13.根據權利要求9所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：步驟S2中所述微球層掩膜為一層無序排列的單分散的微球。
14.根據權利要求13所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：所述微球的直徑範圍為100-1000納米；所述微球在所述透明底膜表面的表面積覆蓋率為10％-40％。
15.根據權利要求13所述的低電阻透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於：所述微球在透明底膜的排列方式為不規則小團簇的無序間隔分布，每個團簇包含1-20個微球，每個團簇的形狀、大小不一致，每個團簇的寬度不超過1000納米，每個團簇的長度不超過5000納米。
實施方式
- 實施例1
如圖1所示，一種低電阻透明導電薄膜1，沉積在襯底100表面。所述低電阻透明導電薄膜1包括：
一層沉積在襯底100表面上的透明底膜200；
一層沉積在透明底膜200上表面的具有若干無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層300；結合圖2和圖3，圖2為金屬網孔薄膜層300的掃描電子顯微鏡成像圖，圖3為金屬網孔薄膜層300的原子力顯微鏡成像圖，從圖2和圖3可以看出，所述無序孔洞結構在金屬網孔薄膜層300中的形狀、大小及分布都呈隨機狀態；
以及一層沉積在金屬網孔薄膜層300上表面的透明導電膜層400。
在該實施例中，所述襯底100為透明玻璃襯底，厚度為0.7毫米。
所述透明底膜200優選為氧化鋅基透明膜層，厚度為10-70納米。在該實施例中所述透明底膜200為摻鋁氧化鋅透明膜層，厚度為32納米。
該實施例中，所述金屬網孔薄膜層300為銀網孔層，厚度為10納米。
由於氧化鋅基材料的晶格常數（0.3-0.5納米）接近於多晶銀的晶格常數（0.4納米），因此在氧化鋅基膜層上沉積的銀網孔層相比沉積在其他透明薄膜上具有更佳的晶格匹配度和更小應力，從而可獲得更好的膜層平整度、連續性和可摺疊性，並有利於最佳化銀網孔層的厚度、透過率、面電阻和穩定性。
該實施例中，所述銀網孔層具有的無序孔洞結構的形狀、大小及分布都呈隨機狀態，且任一單個無序孔洞結構的窄邊寬度小於1000納米、長度小於5000納米。
所述透明導電膜層400可為氧化銦錫膜層、摻鋁氧化鋅膜層、摻銻氧化錫膜層、摻鋅氧化銦膜層、摻錫氧化鋅膜層、氧化鉬膜層或氮化鈦膜層；該實施例中，所述透明導電膜層400為氧化銦錫膜層，且厚度為40納米。
由於金屬網孔薄膜層300具有無序孔洞結構，沉積在金屬網孔薄膜層300上的透明導電膜層400會填充所有無序孔洞，使透明導電膜層400與所述透明底膜200連通，可提高低電阻透明導電薄膜1的透光率。
該實施例低電阻透明導電薄膜的製備方法如下：
S1、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在玻璃襯底的表面沉積一層摻鋁氧化鋅透明底膜；
所述常溫或低溫條件，為20-200℃溫度條件；
磁控濺射工藝沉積薄膜的方法為截至2015年9月29日常規工藝，該實施例中，主要通過調節沉積溫度、沉積氣壓、濺射功率、工作氣體中的氧氣含量等磁控濺射工藝參數，最佳化透明底膜在波長範圍450-700納米的可見光的透過率，且可見光折射率大於1.5。
S2、在透明底膜表面鍍覆一層無序排列的微球層掩膜；
利用氧化鋅基材料等電點比較高的特點，採用中國發明專利ZL201110141276.8中所公開的浸鍍方法，在摻鋁氧化鋅透明底膜表面覆蓋一層無序排列的單分散微球，微球選用低等電點材料，該實施例中選用聚苯乙烯微球。聚苯乙烯微球的直徑範圍為100-1000納米，聚苯乙烯微球在摻鋁氧化鋅透明底膜的排列方式為不規則小團簇的無序間隔分布，每個團簇包含1-20個微球，每個團簇的形狀、大小不一致，每個團簇的寬度不超過1000納米，每個團簇的長度不超過5000納米。
S3、套用常溫磁控濺射工藝在鍍覆有微球層掩膜的透明底膜表面沉積一層銀層；
所述銀層的厚度為5-20納米，厚度根據實際需要的面電阻要求來確定，厚度越大，面電阻越小。
S4、採用異丙醇擦拭、純水超音波清洗或沸騰乙醇清洗的方式去除微球層掩膜，從而在摻鋁氧化鋅透明底膜表面形成一層具有無序孔洞結構的銀網孔層；
S5、常溫或低溫條件下，採用磁控濺射工藝在具有無序孔洞結構的銀網孔層的上表面沉積一層透明氧化銦錫膜層，厚度為40納米，可見光折射率大於1.5；反覆調整參數最佳化磁控濺射工藝以實現透明氧化銦錫膜層可見光透過率最大化，同時保證電阻率不高於1×10-3歐姆·厘米。經過上述步驟即完成所述低電阻透明導電薄膜的製備。
按照實施例1的方法，調節銀網孔層的厚度，使最終得到的銀網孔層的面電阻為15歐姆/平方，製得低電阻透明導電薄膜，記為F1。經檢測，低電阻透明導電薄膜F1在550納米波長處的可見光透過率可達90.7％，在470-700納米波長範圍內的可見光平均透過率可達88.3％。
按照實施例1的方法，調節銀網孔層的厚度，使最終得到的銀網孔層的面電阻為10歐姆/平方，製得低電阻透明導電薄膜，記為F2。低電阻透明導電薄膜F1和F2的可見光透過率曲線圖如圖4所示，其中a曲線為面電阻為15歐姆/平方的低電阻透明導電薄膜F1的可見光透過率曲線，b曲線為面電阻為10歐姆/平方的低電阻透明導電薄膜F2的可見光透過率曲線。因為隨著面電阻增大，銀網孔層的厚度也相應減小，結合圖4可知，面電阻越大，可見光透過率越高；而面電阻為15歐姆的低電阻透明導電薄膜F1可見光透過率可到90.7％。
《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》的低電阻透明導電薄膜的平整度很好，因而霧度值很小。
如圖5所示，該實施例中低電阻透明導電薄膜在0.7毫米厚非拋光玻璃襯底上的表面粗糙度為RPV＝18納米、Rq＝4.5納米、Ra＝3.7納米，在550納米波長處的霧度值小於2％。
實施例2
一種低電阻透明導電薄膜，沉積在柔性襯底表面。該實施例所述低電阻透明導電薄膜結構與實施例1中的低電阻透明導電薄膜結構相似，包括：
一層沉積在柔性襯底表面上的氧化鋅基透明膜層；
一層沉積在透明底膜上表面的具有若干無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層；所述無序孔洞結構在金屬網孔薄膜層中的形狀、大小及分布都呈隨機狀態；
以及一層沉積在金屬網孔薄膜層上表面的透明導電膜層。
該實施例中，所述柔性襯底為PET柔性襯底；
所述氧化鋅基透明膜層為氧化鋅透明膜層，厚度為70納米；
所述金屬網孔薄膜層為銀合金網孔層，厚度為20納米；所述銀合金網孔層的材料為銀鉑合金，其中鉑在銀鉑合金中的重量比為0.5％；
所述透明導電膜層為摻鋅氧化銦膜層，厚度為10納米。
該實施例的低電阻透明導電薄膜的製備方法與實施例1的一致，區別在於各膜層的材料不同；並且根據成膜厚度和結構的不同，調整磁控濺射工藝和浸鍍方法的工藝參數。
- 實施例3
一種低電阻透明導電薄膜，沉積在硬性襯底表面。該實施例所述低電阻透明導電薄膜包括：
一層沉積在硬性襯底表面上的氧化鋅基透明膜層；
沉積在氧化鋅基透明膜層的第一阻擋層；
一層沉積在第一阻擋層上表面的具有若干無序孔洞結構的金屬網孔薄膜層；所述無序孔洞結構在金屬網孔薄膜層中的形狀、大小及分布都呈隨機狀態；
沉積在金屬網孔薄膜層上的第二阻擋層；
以及一層沉積在第二阻擋層上表面的透明導電膜層。
該實施例中，所述硬性襯底為玻璃襯底；
所述氧化鋅基透明膜層為摻銦鎵氧化鋅透明膜層，厚度為10納米；
所述第一阻擋層為鎳金屬層，厚度為1納米；
所述金屬網孔薄膜層為銀網孔層，厚度為5納米；
所述第二阻擋層為銅金屬層，厚度為10納米；
所述透明導電膜層為摻銻氧化錫膜層，厚度為10納米。
該實施例的低電阻透明導電薄膜的製備方法，包括如下步驟：
S1、20℃條件下，採用磁控濺射工藝在玻璃襯底的表面沉積一層摻銦鎵氧化鋅透明膜層，厚度為10納米；
S2、在摻銦鎵氧化鋅透明膜層沉積一層鎳金屬層，厚度為5納米；
S3、在鎳金屬層表面鍍覆一層無序排列的聚甲基丙烯酸甲酯微球層掩膜，聚甲基丙烯酸甲酯微球的直徑範圍為100-1000納米，表面積覆蓋率為40％；
S4、套用常溫磁控濺射工藝在鍍覆有微球層掩膜的鎳金屬層表面沉積一層銀層；
S5、採用沸騰乙醇清洗的方式去除微球層掩膜，從而在鎳金屬層表面形成一層具有無序孔洞結構的銀網孔層；
S6、在銀網孔層表面沉積一層銅金屬層，厚度為10納米；
S7、100℃下，採用磁控濺射工藝在銅金屬層上表面沉積一層摻銻氧化錫膜層，厚度為10納米，可見光折射率大於1.5；反覆調整參數最佳化磁控濺射工藝以實現透明氧化銦錫膜層可見光透過率最大化，同時保證電阻率不高於1×10-3歐姆·厘米。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種低電阻透明導電薄膜及其製備方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
