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一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法 【EN】Preparation method of Nb2O5/Cu/Nb2O5 transparent electrode

申请(专利)号:CN201410238590.1国省代码:天津 12
申请(专利权)人:【中文】天津大学【EN】Tianjin University
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摘要:
【中文】本发明公开了一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法,利用掺杂和磁控溅射沉积技术,交替溅射,限制层厚;首先溅射沉积厚度为20nm~120nm的Nb2O5层,再溅射沉积厚度为3nm~20nm的Cu层,最后溅射沉积厚度为20nm~120nm的Nb2O5层。本发明由两Nb2O5层中间夹有Cu层组成,实现了薄膜电阻的最大程度降低,同时保持了在可见光区的高透过率,成本低廉,适合工业化生产。 【EN】Paragraph:The invention discloses a preparation method of an Nb2O5/Cu/Nb2O5 transparent electrode. The preparation method comprises the following steps: alternatively sputtering by adopting doping and magnetron sputtering deposition technologies, and limiting the layer thickness; performing sputtering deposition on an Nb2O5 layer with thickness of 20nm-120nm at first, then performing sputtering deposition on a Cu layer with thickness of 3nm-20nm, finally performing sputtering deposition on an Nb2O5 layer with thickness of 20nm-120nm. According to the preparation method, the Nb2O5/Cu/Nb2O5 transparent electrode consists of the two Nb2O5 layers and the Cu layer between the two Nb2O5 layers, the film resistance is reduced to the maximum extent, high penetration rate in a visible light region is kept, the cost is low, and the industrialized production is facilitated.Image:201410238590.GIF

主权项:
【中文】一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法,具有如下步骤:(1)将Nb2O5靶材和Cu靶材装入磁控溅射腔体内,另将清洁干燥的玻璃衬底放入磁控溅射样品台上,靶材与衬底的距离为40mm~90mm;(2)待步骤(1)完成后,将磁控溅射系统的本底真空度抽至1.0×10‑5Torr以下,使用Ar作为溅射气体溅射Nb2O5层,溅射总气压为5mTorr~20mTott,溅射功率为50~200W,进行沉积得到厚度为20nm~120nm的Nb2O5层;(3)待步骤(2)完成后,开始溅射Cu层,溅射气压为3mTorr~20mTott,溅射功率30~200W,沉积得到厚度为3nm~20nm的Cu层;(4)待步骤(3)完成后,重新溅射Nb2O5层,溅射总气压为5mTorr~20mTott,溅射功率为50~200W,进行沉积得到厚度为20nm~120nm的Nb2O5层,制得Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极。 【EN】1. a Nb o / Cu/Nb o the preparation method of structure transparency electrode, has following steps: (1) by Nb o target and Cu target pack in magnetron sputtering cavity, separately clean dry glass substrate are put in magnetron sputtering sample table, and the distance of target and substrate is 40mm~90mm; (2), after step (1) completes, the base vacuum degree of magnetic control sputtering system is evacuated to 1.0 × 10 below Torr, use Ar as sputter gas sputter Nb o layer, sputter total gas pressure is 5mTorr~20mTott, sputtering power is 50~200W, deposits and obtains the Nb that thickness is 20nm~120nm o layer; (3) after step (2) completes, start sputter Cu layer, sputtering pressure is 3mTorr~20mTott, sputtering power 30~200W, deposition obtains the Cu layer that thickness is 3nm~20nm; (4) after step (3) completes, sputter Nb again o layer, sputter total gas pressure is 5mTorr~20mTott, sputtering power is 50~200W, deposits and obtains the Nb that thickness is 20nm~120nm o layer, makes Nb o / Cu/Nb o structure transparency electrode.


说明书

一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法

技术领域


本发明是关于功能薄膜材料的,特别涉及一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方


法。


背景技术


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、


触摸显示屏、太阳能电池、平板显示、发热器、防结冰装置、光学涂层以及透明光电子等


方面具有广阔的发展前景。虽然ITO薄膜是目前综合光电性能优异、应用最为广泛的一种


透明导电薄膜材料,但是铟有毒,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,人们力图寻找一种价格低廉且性能优异的ITO替换材料。


Nb2O5由于具有较宽的禁带宽度,所以在可见光区有优良的透过率,因此我们以Nb2O5
作为电极材料进行研究。


采用磁控溅射方法制备透明导电薄膜,具有沉积速率高、薄膜附着性好、易控制并能


实现大面积沉积等优点,因而成为当今工业化生产中研究最多、工艺最成熟和应用最广的


一项方法。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。因此我们选用Cu作


为导电金属层制备Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极。


发明内容


本发明的目的,在于克服现有技术中的不足,利用掺杂和磁控溅射沉积技术,提供一


种成本低廉且性能优良的Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法。


本发明通过如下技术方案予以实现。


一种Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极的制备方法,具有如下步骤:


(1)将Nb2O5靶材和Cu靶材装入磁控溅射腔体内,另将清洁干燥的玻璃衬底放入磁


控溅射样品台上,靶材与衬底的距离为40mm~90mm;


(2)待步骤(1)完成后,将磁控溅射系统的本底真空度抽至1.0×10-5Torr以下,使用


Ar作为溅射气体溅射Nb2O5层,溅射总气压为5mTorr~20mTott,溅射功率为50~200W,进


行沉积得到厚度为20nm~120nm的Nb2O5层;


(3)待步骤(2)完成后,开始溅射Cu层,溅射气压为3mTorr~20mTott,溅射功率


30~200W,沉积得到厚度为3nm~20nm的Cu层;


(4)待步骤(3)完成后,重新溅射Nb2O5层,溅射总气压为5mTorr~20mTott,溅射


功率为50~200W,进行沉积得到厚度为20nm~120nm的Nb2O5层,制得Nb2O5/Cu/Nb2O5
结构透明电极。


所述步骤(1)的Nb2O5靶材中Nb2O5的纯度为99%,Cu靶材中Cu的纯度为99.99%。


所述步骤(1)的衬底为玻璃衬底、石英衬底或者蓝宝石衬底,使用前用丙酮、无水乙


醇和去离子水超声洗涤,并用高纯氮气吹干。


所述步骤(2)的Ar的纯度在99.99%以上。


所述步骤(2)或步骤(4)沉积得到Nb2O5层的厚度为30nm~60nm。


所述步骤(3)沉积得到Cu层的厚度为9nm~11nm。


所述步骤(2)、(3)或(4)的薄膜层厚度通过调节工艺参数或沉积时间来控制。


本发明采用磁控溅射法,交替溅射,限制层厚,制备出“三文治”结构的Nb2O5/Cu/Nb2O5
透明电极(由两Nb2O5层中间夹着Cu层组成),实现了薄膜电阻的最大程度降低,同时保


持在可见光区的高透过率。通过合适的磁控溅射工艺的选择,可以得到性能优异的


Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极,本发明成本低廉,适合工业化生产。


附图说明


图1为实施例1制备在石英衬底上Nb2O5/Cu/Nb2O5透明电极的光学透过性能(紫外-


可见光谱)图谱;


具体实施方式


本发明的Nb2O5靶材和Cu靶材为任意市售或者自制的靶材。


下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述,应理解,这些实施例仅用于说明本发明


而不用于限制本发明的保护范围。


实施例1


(1)将纯度为99%的Nb2O5靶材与纯度为99.99%Cu靶材一起装入真空腔体内;然后,


先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底,并用高纯氮气吹干,放入真空腔体;


靶材与衬底的距离为60mm。


(2)将磁控溅射系统的本底真空度抽至6.0×10-6Torr,通入60sccm的纯度为99.99%


以上的氩气作为溅射气体溅射Nb2O5层,溅射总气压的压强调节为10mTorr,溅射功率为


150W,进行沉积得到50nm后的Nb2O5薄膜。


(3)步骤(3)完成后,使用溅射气压为10Torr,溅射功率为100W,进行沉积得到


10nm后的Cu薄膜层。


(4)步骤(4)完成后,将溅射总气压的压强调节为10mTorr,溅射功率为150W,再


进行沉积得到50nm后的Nb2O5薄膜,制得Nb2O5/Cu/Nb2O5结构透明电极。


所述步骤(2)、(3)、(4)的薄膜层的厚度通过调节工艺参数或沉积时间来控制。


图1为实施例1中制备在石英衬底上Nb2O5/Cu/Nb2O5透明电极的光学透过性能(紫外


-可见光谱)图谱,可见在可见光范围内的平均光学透过率达80%。


经检测,实施例1的Nb2O5/Cu/Nb2O5透明电极的方块电阻为15Ω/□。


实施例2~7


除了薄膜厚度的区别之外,实施例2~7其它制备过程与实施例1相同。


实施例2~7检测后所得的Nb2O5/Cu/Nb2O5透明电极的导电性能、平均光学透过率及


其薄膜厚度详见表1。


                               表1


...

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图1
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