一种夹层结构透明导电薄膜及其制备方法

摘要

本发明涉及功能薄膜材料的技术领域，特别是涉及一种夹层结构透明导电薄膜及其制备方法，该透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO­3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。该夹层结构透明导电薄膜的制备方法包括：步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；步骤二，在衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；步骤三，在BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；步骤四，在Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。该夹层结构透明导电薄膜具有成本低、电阻率低、导电性能好、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。

权利要求

1.一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层；

所述的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；

步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气或者氩气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在一定的溅射功率下在衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；

步骤三，在一定的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

步骤四，在一定的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜；

所述步骤二中，所述磁控溅射系统的真空度为0.1×10-3Pa 1.0×10-3Pa；

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所述步骤二中，所述氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.1 0.5:1；所述氩氧混合~气或者所述氩气的压强为0.3 Pa 3 Pa；

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所述步骤二、步骤三和步骤四中，所述溅射功率均为30W 100W；

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所述BaSnO3靶材和所述Cu靶材分别与所述衬底之间的距离为30mm～100mm。

2.根据权利要求1所述的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：每层所述BaSnO3薄膜层的厚度均为10nm～100nm，所述Cu薄膜层的厚度为3nm～20nm。

3.根据权利要求2所述的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：每层所述BaSnO3薄膜层的厚度均为30nm～50nm，所述Cu薄膜层的厚度为8nm～11nm。

4.根据权利要求1所述的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%。

5.根据权利要求1所述的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述衬底为玻璃衬底、石英衬底或蓝宝石衬底。

说明书

一种夹层结构透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及功能薄膜材料的技术领域，特别是涉及一种夹层结构透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 透明导电氧化物(TCO)薄膜由于具有高的可见光透射率和低的电阻率，在抗静电涂层、防结冰装置、太阳能电池、触摸显示屏、平板显示、发热器、光学涂层以及透明光电子等方面具有广阔的发展前景。目前，应用最广的透明导电氧化物薄膜为铟系氧化物(ITO)薄膜，其综合光电性能优异，应用最为广泛，但是铟有毒，且存在价格昂贵，稳定性差，在氢等离子体气氛中容易被还原等问题，因此人们力图寻找一种价格低廉且性能优异的ITO 替换材料。

[0003] 超薄导电金属层也可以作为透明导电膜，但目前能应用的只有金、银和铂等电阻率低且化学稳定性好的贵金属，但金和铂成本昂贵，限制了其应用。

[0004] 现有技术中的透明导电薄膜，多为单层结构的透明导电薄膜，这种单层结构的透明导电薄膜，存在电阻率高、厚度不够薄、化学稳定性差的缺陷，并且这种单层结构的透明导电薄膜与衬底之间的吸附性不够强，导致不利于实际生产。

发明内容

[0005] 本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的夹层结构透明导电薄膜。

[0006] 本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的夹层结构透明导电薄膜的制备方法。

[0007] 为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。

[0008] 提供一种夹层结构透明导电薄膜，所述透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。

[0009] 每层所述BaSnO3薄膜层的厚度均为10nm～100nm，所述Cu薄膜层的厚度为3nm～20nm。

[0010] 优选的，每层所述BaSnO3薄膜层的厚度均为30nm～50nm，所述Cu薄膜层的厚度为8nm～11nm。

[0011] 为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。

[0012] 提供一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0013] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；

[0014] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气或者氩气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在一定的溅射功率下在衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；

[0015] 步骤三，在一定的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0016] 步骤四，在一定的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0017] 上述技术方案中，所述步骤一中，所述BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%。

[0018] 上述技术方案中，所述步骤二中，所述磁控溅射系统的真空度为0.1×10-3Pa 1.0~×10-3Pa。

[0019] 上述技术方案中，所述步骤二中，所述氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.1~0.5:1；所述氩氧混合气或者氩气的压强为0.3 Pa 3 Pa。
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[0020] 上述技术方案中，所述步骤二中，所述衬底为玻璃衬底、石英衬底或蓝宝石衬底。

[0021] 上述技术方案中，所述步骤二、步骤三和步骤四中，所述溅射功率均为30W 100W。~

[0022] 上述技术方案中，所述BaSnO3靶材和所述Cu靶材分别与所述衬底之间的距离为30mm～100mm。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] （1）本发明提供的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。其中，本发明制得的一种夹层结构透明导电薄膜的导电性能好，且电阻率低至5×10-5。

[0025] （2）本发明提供的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3薄膜层相对于现有技术中的ZnSnO3薄膜层（Zn为易挥发元素），不含易挥发元素，因此，使得该夹层结构透明导电薄膜的化学稳定性好，且BaSnO3薄膜层相对于现有技术中的ZnSnO3薄膜层的透光性更好，因此，使得该夹层结构透明导电薄膜的透射率高。

[0026] （3）本发明提供的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，具有制备方法简单，生产成本低，且能够适用于大规模生产的特点。

附图说明

[0027] 图1是本发明的一种夹层结构透明导电薄膜的透射率图。图1中，在波长为400nm~800nm范围内，本发明的一种夹层结构透明导电薄膜的透射率为70% 90%。
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具体实施方式

[0028] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0029] 实施例1。

[0030] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为50nm，Cu薄膜层的厚度为13nm。

[0031] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0032] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0033] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在60W的溅射功率下在玻璃衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实施例中，磁控溅射系统的真空度为0.5×10-3Pa；本实施例中，氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.3:1，氩氧混合气的压强为1.5 Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与玻璃衬底之间的距离为60mm；

[0034] 步骤三，在60W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0035] 步骤四，在60W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0036] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。其中，本实施例制得的一种夹层结构透明导电薄膜的方块电阻为7Ω/□。

[0037] 实施例2。

[0038] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为10nm，Cu薄膜层的厚度为10nm。

[0039] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0040] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0041] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在30W的溅射功率下在石英衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实施例中，磁控溅射系统的真空度为0.1×10-3Pa；本实施例中，氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.5:1，氩氧混合气的压强为0.3 Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与石英衬底之间的距离为30mm；

[0042] 步骤三，在30W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0043] 步骤四，在30W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0044] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。其中，本实施例制得的一种夹层结构透明导电薄膜的方块电阻为9Ω/□。

[0045] 实施例3。

[0046] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为50nm，Cu薄膜层的厚度为10nm。

[0047] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0048] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0049] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在100W的溅射功率下在蓝宝石衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实施例中，磁控溅射系统的真空度为1.0×10-3Pa；本实施例中，氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.1:1，氩氧混合气的压强为3 Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与蓝宝石衬底之间的距离为100mm；

[0050] 步骤三，在100W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0051] 步骤四，在100W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0052] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。其中，本实施例制得的一种夹层结构透明导电薄膜的方块电阻为10Ω/□。

[0053] 实施例4。

[0054] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为30nm，Cu薄膜层的厚度为10nm。

[0055] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0056] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0057] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在40W的溅射功率下在玻璃衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实施例中，磁控溅射系统的真空度为0.3×10-3Pa；本实施例中，氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.4:1，氩氧混合气的压强为1Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与玻璃衬底之间的距离为40mm；

[0058] 步骤三，在40W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0059] 步骤四，在40W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0060] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。其中，本实施例制得的一种夹层结构透明导电薄膜的方块电阻为13Ω/□。

[0061] 实施例5。

[0062] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为100nm，Cu薄膜层的厚度为20nm。

[0063] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0064] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0065] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在80W的溅射功率下在玻璃衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实-3施例中，磁控溅射系统的真空度为0.8×10 Pa；本实施例中，氩气的压强为2Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与玻璃衬底之间的距离为80mm；

[0066] 步骤三，在80W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0067] 步骤四，在80W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0068] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。

[0069] 实施例6。

[0070] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，透明导电薄膜为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，即包括依次层叠的BaSnO3薄膜层、Cu薄膜层和BaSnO3薄膜层。本实施例中，每层BaSnO3薄膜层的厚度均为50nm，Cu薄膜层的厚度为3nm。

[0071] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

[0072] 步骤一，将BaSnO3靶材和Cu靶材装入磁控溅射系统的腔体内；其中，BaSnO3靶材和所述Cu靶材的纯度均为99.99%；

[0073] 步骤二，将磁控溅射系统的腔体抽至一定的真空度，然后使用氩氧混合气作为溅射气体用以溅射BaSnO3靶材，在80W的溅射功率下在玻璃衬底上进行沉积得到BaSnO3薄膜层；本实施例中，磁控溅射系统的真空度为0.8×10-3Pa；本实施例中，氩氧混合气中，氧气和氩气的摩尔比为0.2:1，氩氧混合气的压强为2Pa；本实施例中，BaSnO3靶材和Cu靶材分别与玻璃衬底之间的距离为80mm；

[0074] 步骤三，在80W的溅射功率下在步骤二得到的BaSnO3薄膜层上溅射Cu薄膜层；

[0075] 步骤四，在80W的溅射功率下在步骤三得到的Cu薄膜层上溅射BaSnO3薄膜层，制得夹层结构透明导电薄膜。

[0076] 本实施例的一种夹层结构透明导电薄膜，为BaSnO3/Cu/BaSnO3的夹层结构，由于BaSnO3是一种典型的立方钙钛矿结构氧化物，且为n型宽带隙半导体材料，其禁带带隙为3.4eV，另外，由于Cu的价格相对于金、银和铂等金属价格低廉，因此，该夹层结构透明导电薄膜相对于现有技术中的单层结构的透明导电薄膜，具有成本低、电阻率低、厚度薄、化学稳定性好、且与衬底之间的吸附性强的优点。

[0077] 电阻率实验：

[0078] 本发明的一种夹层结构透明导电薄膜，通过改变每层BaSnO3薄膜层的厚度，及改变Cu薄膜层的厚度，而使得所制备的夹层结构透明导电薄膜的电阻率不同。具体的实验数据见表1。

[0079] 表1 BaSnO3薄膜层和Cu薄膜层的不同厚度对应不同的方块电阻的数据表[0080]Cu层厚度（nm） BaSnO3层厚度（nm） 方块电阻（Ω/□）
3 50 228
7 50 23
10 50 10
13 50 7
10 10 9
10 30 13
10 100 21

[0081] 由表1可知，通过控制每层BaSnO3薄膜层的厚度及控制Cu薄膜层的厚度，能够使得所制备的夹层结构透明导电薄膜具有不同的方块电阻，其中，本发明制得的一种夹层结构透明导电薄膜，方块电阻最低为7Ω/□，表明本发明的一种夹层结构透明导电薄膜的导电性能好、电阻率低。

[0082] 最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。