低温磁控溅射ITO透明导电薄膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜及制备方法。本发明专利技术的制备的ITO透明导电薄膜包含In、O、Sn三种元素，薄膜厚度为80

【技术实现步骤摘要】
低温磁控溅射ITO透明导电薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及透明导电薄膜
，具体涉及一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]透明导电薄膜泛指在380nm
‑
780nm的可见光波段具有高透过率，电阻率低于10
‑3Ω
·
cm的薄膜。根据薄膜组成成分，透明导电薄膜可以分为金属薄膜、氧化物薄膜、高分子薄膜、其他化合物复合薄膜等。由于其较高的可见光透过率以及低电阻率，透明导电薄膜能够作为太阳能电池、平板显示器、光电探测器等器件的透明电极，具有广阔的应用前景。
[0003]在透明电极中，金属薄膜的透过率和电阻率受薄膜厚度和粗糙度影响，需要在临界厚度(10nm
‑
20nm)和较小的粗糙度(<1nm)下才能保持良好的透过率和较低的电阻率。这大幅增加了金属薄膜的制备难度，降低了器件兼容性，限制了透明金属导电薄膜在器件上的应用。常见的透明高分子导电薄膜为聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩
‑
聚苯乙烯磺酸(PEDOT
‑
PSS)，但是其电阻率(>500Ω
·
cm)较高，作为透明电极时会制约器件性能。与上述材料相比，氧化铟锡(ITO)薄膜因其突出的光学性能(透过率>80％)，良好的导电性(电阻率<1
×
10
‑3Ω
·
cm)，以及优秀的耐磨性，稳定的理化性能，优异的环境适应性等特点，是目前应用最广泛的透明电极。
[0004]近年来，基于低能耗、便携带以及宽光谱应用的需求，无机半导体光电器件开始向有机柔性器件发展。有机柔性器件与CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor，以下简称CMOS)信号处理电路阵列化集成，能够大幅增强器件的性能。通常情况下，有机光电器件和CMOS电路通过底电极互联，因此顶电极需要使用透明电极材料，在无机半导体光电器件上广泛使用的ITO薄膜被视为有机光电器件透明电极的首选材料。ITO薄膜的光电性能与氧化铟组分的结晶度密切相关，非晶的掺锡氧化铟薄膜透过率低且电阻率大，无法被用作透明电极使用。目前，ITO薄膜主要有射频溅射和直流磁控溅射两种制备方法，射频溅射能够在较低的基片温度下制备高质量的ITO薄膜，但是其溅射离子能量大，容易破坏底部材料结构，因此不适合制备多层薄膜中的上层结构。直流磁控溅射ITO制备工艺通常需要较高温度的退火程序，促使氧化铟晶化；然而大多数有机光电材料和柔性衬底的耐受温度低于150℃，与直流磁控溅射工艺并不兼容。在其他透明电极存在明显短板的情况下，降低ITO薄膜直流磁控溅射的工艺温度，能够有效促进ITO薄膜在有机光电器件的应用能力提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有高透光率、导电性良好的ITO透明导电薄膜的制备方法，且其制备工艺温度不超过100℃，从而适于研制与CMOS电路互联集成的高性能有机光电器件。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)溅射腔的本底真空低于1.0
×
10
‑5Pa；
[0009](2)在0.2Pa的纯Ar工作气压下，对In2O3·
SnO2复合靶材以20W的溅射功率进行预溅射5
‑
10分钟，去除表面杂质，靶材的In2O3摩尔含量为90％，SnO2摩尔含量为10％，靶材中In、Sn、O元素纯度为99.99％；
[0010](3)接着在0.2Pa的纯Ar工作气压下，在步骤
①
所述衬底上以低于20W的溅射功率沉积ITO薄膜，沉积速率低于2nm/分钟，基片温度为20℃
‑
100℃，沉积厚度约为80
‑
100nm，得到ITO透明导电薄膜。
[0011]作为优选方式，得到的ITO透明导电薄膜为In2O3和SnO2的微晶结构，薄膜中In2O3摩尔含量为85％
‑
95％，SnO2摩尔含量为5％
‑
15％。
[0012]作为优选方式，所述ITO透明导电薄膜的表面均方根粗糙度小于5nm。
[0013]作为优选方式，所述ITO透明导电薄膜厚度为80
‑
100nm，在380nm至1200nm波段平均透过率>80％，电阻率<10
‑3Ω
·
cm。
[0014]作为优选方式，所述衬底选自玻璃、石英、蓝宝石、硅、聚酰亚胺PI、或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。
[0015]作为优选方式，步骤(2)和步骤(3)使用直流磁控溅射制备。
[0016]本专利技术还提供一种所述制备方法得到的低温磁控溅射ITO透明导电薄膜。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、经过本专利技术制备的氧化铟锡薄膜具有光滑的表面，其表面均方根粗糙度小于5nm，与半导体器件制备工艺兼容性好。
[0019]2、本方明制备的氧化铟锡薄膜为微晶结构，兼顾了高透过率(380nm至1200nm波段平均透过率>80％)和低电阻率(<10
‑3Ω
·
cm)。
[0020]3、本专利技术制备氧化铟锡薄膜的工艺温度低于100℃，而且可以室温溅射，与有机材料、柔性衬底兼容，适用于与CMOS电路互联集成的高性能有机光电器件的工艺体系。
附图说明
[0021]图1为本专利技术制备氧化铟锡微晶薄膜的总流程示意图。
[0022]图2为实施例1制备得到的薄膜样品的XRD图。
[0023]图3为实施例1
‑
3制备得到的薄膜样品的可见光
‑
近红外透射光谱图。
[0024]图4为实施例2制备得到的薄膜样品的AFM图。
具体实施方式
[0025]以下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步描述：
[0026]实施例1：
[0027]本实施例提供一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0028](1)将清洗干净的石英衬底用干净的镊子夹出并用氮气吹干并随后固定于基片架上，然后将基片架经转移腔传递至溅射腔，转移腔的真空度1.5
×
10
‑2Pa
‑
3.0
×
10
‑2Pa，溅射腔的本底真空度为3.0
×
10
‑6Pa；
[0029](2)调整基片温度为100℃并恒温保持30分钟后，启动直流磁控溅射电源并预热10
分钟，开启基片旋转电源，打开氩气阀，待气压稳定为1Pa后，对In2O3·
SnO2复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)溅射腔的本底真空低于1.0
×
10
‑5Pa；(2)在0.2Pa的纯Ar工作气压下，对In2O3·
SnO2复合靶材以20W的溅射功率进行预溅射5
‑
10分钟，去除表面杂质，靶材的In2O3摩尔含量为90％，SnO2摩尔含量为10％，靶材中In、Sn、O元素纯度为99.99％；(3)接着在0.2Pa的纯Ar工作气压下，在步骤
①
所述衬底上以低于20W的溅射功率沉积ITO薄膜，沉积速率低于2nm/分钟，基片温度为20℃
‑
100℃，沉积厚度约为80
‑
100nm，得到ITO透明导电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种低温磁控溅射ITO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：得到的ITO透明导电薄膜为In2O3和SnO2的微晶结构，薄膜中In2O3摩尔含量为85％
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，顾德恩，包翔，胡盼盼，李东旭，王洋，袁柳，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：