柔性襯底上室溫生長高附著性能ZnO基透明導電膜研究

《柔性襯底上室溫生長高附著性能ZnO基透明導電膜研究》是依託長沙理工大學，由龔麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：柔性襯底上室溫生長高附著性能ZnO基透明導電膜研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：龔麗
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

電子器件的發展逐漸趨向柔性化，使得對柔性透明導電膜的需求日益迫切。ZnO作為一種新型寬頻半導體，具有可見光透明、室溫沉積、在氫電漿中穩定等優點，成為製備透明導電膜的理想材料。薄膜柔性化通過使用有機襯底來實現，ZnO是無機材料，與有機襯底之間的性質差異較大，易導致兩者之間的附著性不好，故高附著性能ZnO膜製備是亟待解決的科學難題。本項目以柔性ZnO基透明導電膜的附著性能為核心展開研究，採用磁控濺射法，以聚碳酸酩酯PC為柔性襯底，室溫製備柔性ZnO基透明導電膜。通過各種測試手段表征ZnO膜與PC之間的界面特性，根據界面特性，採取針對性的襯底預處理技術及合適的緩衝層材料來協同提高薄膜的附著性能，與此同時，尋求薄膜附著性能和光電性能與生長工藝之間的關係，在獲得優異附著性能的同時保證薄膜具有優異的光電性能，以達到器件的實際套用要求。本項目將促進柔性透明導電膜的發展，為柔性電子器件的套用提供基礎。

結題摘要

本項目主要研究了ZnO透明導電薄膜與聚合物襯底PC之間的附著性能，揭示ZnO透明導電膜與聚合物PC襯底之間的附著機理。在保證ZnO薄膜具有優良的導電性和透明性，能夠滿足光電器件對透明電極的套用要求的基礎上，再研究薄膜與襯底之間的附著性能。本項目採用磁控濺射法，使用Ga作為摻雜元素，在聚合物PC襯底上室溫沉積Ga摻雜的ZnO透明導電薄膜。通過最佳化工藝參數，製備得到的薄膜透過率在可見光區域大於90%，電阻率小於10-4Ωcm，方塊電阻小於8Ω/sq.，這些指標足以滿足一般光電器件對透明導電薄膜的套用要求。薄膜與襯底之間的附著性能通過自動劃痕儀進行定量表征。然後，採用二次離子質譜（SIMS）分析ZnO 膜與PC 襯底之間的界面成分分布情況；採用X 射線光電子能譜（XPS）深度剖析方法分析ZnO 膜與PC 襯底之間的界面化學態；採用雙軸應力模型獲得薄膜內部的殘餘應力。通過這些測試手段，來了解分析ZnO膜與PC之間的界面特性，從而獲得ZnO膜與PC之間的附著機理。通過SIMS測試可知，ZnO薄膜附著在PC襯底上是存在擴散結合的，這主要表現為物理結合為主；通過XPS深度剖析可知，擴散到PC襯底的Zn元素並沒有襯底之間形成化學鍵合，還是以物理結合為主；採用雙軸應力模型，計算可知，薄膜內的殘餘應力為壓應力。綜上可知，ZnO薄膜與聚合物PC襯底之間結合主要以物理結合為主，同時，ZnO薄膜記憶體在很大殘餘壓應力，所以最終導致ZnO薄膜與PC襯底之間的附著性能比較差。首次揭示了ZnO透明導電膜與聚合物PC襯底之間的附著機理。為了提高薄膜與襯底之間的附著性能，通過引入熱膨脹係數介於ZnO與PC之間的MgO緩衝層及對PC襯底進行UVO預處理等方法，來提高薄膜的附著性能。本項目可促進柔性透明導電膜在柔性電子器件的實際套用。