本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料領(lǐng)域,具體涉及一種采用沉積法制備氧化鈦薄膜的方法。
背景技術(shù):
透明導(dǎo)電薄膜是一種兼?zhèn)涓邔?dǎo)電及可見光波段高透明特性的基礎(chǔ)光電材料,廣泛應(yīng)用于顯示器、發(fā)光器件、太陽能電池、傳感器、柔性觸摸屏等光電顯示領(lǐng)域,具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景。
染料敏化太陽能電池由光陽極、染料、電解質(zhì)和對電極四部分組成。其中,光陽極和對電極的基底材料都是透明導(dǎo)電玻璃。目前,常用的透明導(dǎo)電層主要為氧化銦錫(ito)和氟摻雜的氧化錫(fto)。fto是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的透明導(dǎo)電薄膜,制備工藝簡單、成熟,但是與ito相比導(dǎo)電率較低,ito是目前市場上需求量最大的透明導(dǎo)電薄膜,光電性能十分優(yōu)秀,但是銦會對環(huán)境造成污染,且價格昂貴,另外,ito還存在不耐高溫的缺點(diǎn),從而限制了染料敏化太陽能的發(fā)展和應(yīng)用。透明導(dǎo)電層還被廣泛應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池、鈣鈦礦型太陽能電池和量子點(diǎn)敏化太陽能電池等。
在過往研究中,銦摻雜氧化錫(ito)和鋁摻雜氧化鋅(zao)已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。但上述材料仍存在較多局限:如銦元素是地球上的稀缺元素并具有一定毒性,折射率有限(均小于2)、在還原氣體氛圍中不夠穩(wěn)定等。與之相比,二氧化鈦具有極高的折射率(2.2-2.4,與硅膜相近);和機(jī)械強(qiáng)度,穩(wěn)定的化學(xué)特性,高的介電常數(shù)等優(yōu)異性能,在半導(dǎo)體光電器件中具有廣泛的應(yīng)用價值,近年來被著重研究過。因而二氧化鈦的透明導(dǎo)電薄膜近年來收到廣泛的關(guān)注。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)檢索,大多數(shù)技術(shù)是利用各類導(dǎo)電物質(zhì)制備的油墨涂布或者噴涂在柔性基底上制備成柔性透明導(dǎo)電薄膜,此類技術(shù)制備的透明導(dǎo)電薄膜,雖然具有較好的薄膜附著力,但光學(xué)透過率和導(dǎo)電性能仍然有待提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種采用沉積法制備氧化鈦薄膜的方法,本發(fā)明有效解決了氧化物透明導(dǎo)電薄膜與柔性聚酯基底匹配性不好,附著性差,容易發(fā)生脫落的關(guān)鍵性問題,本發(fā)明采用原子層沉積方法,基于tio2自身的優(yōu)異的寬禁帶性能,采用能夠在較低溫度下能夠氣化的三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻作為鉻前驅(qū)體源,有效降低了實(shí)驗(yàn)條件和能耗,且原子層沉積工藝過程參數(shù)易于控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種采用沉積法制備氧化鈦薄膜的方法,該方法包括如下步驟:
(1)對聚酯基底進(jìn)行等離子體表面處理
將柔性聚酯基底放入含有一定洗潔劑的去離子水中,在去離子水中超聲10-15min;然后,用柔軟干凈的毛刷逐一對柔性聚酯基底的正反面進(jìn)行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底,直至基底無泡沫為止;接著,將柔性聚酯放入乙醇中超聲10-15min,以去除基底表面的有機(jī)物,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底4-6次;接著,將柔性聚酯基底進(jìn)行去離子水超聲25-30mins,然后,將容器中超聲后的去離子水倒出,加入新的去離子水;最后,將潔凈的柔性聚酯從去離子水中逐一取出平鋪在潔凈的大號培養(yǎng)皿上,一起放進(jìn)溫度為55-60℃的潔凈烘箱內(nèi)進(jìn)行烘烤24-30h;
將清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控濺射機(jī)的腔體內(nèi),關(guān)閉磁控濺射機(jī)的所有閥門、窗口、所有靶材正下方的濺射擋板,對腔體進(jìn)行抽真空,至3×10-4-5×10-4pa;
將反濺射擋板旋轉(zhuǎn)至柔性聚酯基底的正上方,通入氬氣和氧氣,調(diào)節(jié)聚酯基底與反濺射擋板的間距,設(shè)定相應(yīng)的氬氧比例、總體氣體流量、工作氣壓、濺射功率和等離子體處理時間,對柔性聚酯基底表面進(jìn)行反濺射等離子體處理;
(2)采用四氯化鈦為鈦前驅(qū)體源,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻為鉻前驅(qū)體源,高純水為氧前驅(qū)體源,將上述經(jīng)等離子體處理后的聚酯基底加熱后,采用將前驅(qū)體源進(jìn)行沉積組合進(jìn)行多組循環(huán)后制備出需要的透明導(dǎo)電薄膜;
其中:
四氯化鈦和水在室溫下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻需加熱至55℃;
所采用的沉積組合由n個tio2沉,n<35,摻雜1個cr摻雜沉積組成;即進(jìn)行n個tio2沉積組合后,引入1個cr摻雜沉積;
所進(jìn)行的tio2沉積是:當(dāng)沉積腔真空度在15pa以下時,向沉積腔體引入1個四氯化鈦脈沖,后采用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;后引入1個水蒸汽脈沖進(jìn)行反應(yīng)形成單個tio2原子層與反應(yīng)殘留物,然后用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;該過程中,四氯化鈦脈沖的持續(xù)時間為0.5s;氮?dú)馇逑磿r間5s;水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s;氮?dú)鉀_洗時間2s;將該過程重復(fù)n次即可;
所進(jìn)行的cr摻雜沉積是:當(dāng)n個tio2沉積完成后;引入1個四氯化鈦脈沖,持續(xù)0.5s,用氮?dú)馇逑?s;后引入1個三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖;用高純氮?dú)馇逑闯燎缓?,再引?個水蒸氣脈沖進(jìn)行反應(yīng);接著用高純氮?dú)馇逑闯练e腔,完成cr摻雜沉積;該過程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖的持續(xù)時間為0.5s,氮?dú)馇逑磿r間6s,水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s,氮?dú)鉀_洗時間6s。
優(yōu)選的,在步驟(1)中,等離子處理的工藝為:聚酯基底與反濺射擋板的間距為35-40mm;氬氧比例為5:1-6:1;氧氣和氬氣純度均為99.99%;總氣體流量為20-25sccm;工作氣壓為0.4-0.6pa;濺射功率為25-45w;等離子體處理時間為70-90s。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
將柔性聚酯基底放入含有一定洗潔劑的去離子水中,在去離子水中超聲10min;然后,用柔軟干凈的毛刷逐一對柔性聚酯基底的正反面進(jìn)行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底,直至基底無泡沫為止;接著,將柔性聚酯放入乙醇中超聲10min,以去除基底表面的有機(jī)物,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底4次;接著,將柔性聚酯基底進(jìn)行去離子水超聲25mins,然后,將容器中超聲后的去離子水倒出,加入新的去離子水;最后,將潔凈的柔性聚酯從去離子水中逐一取出平鋪在潔凈的大號培養(yǎng)皿上,一起放進(jìn)溫度為55℃的潔凈烘箱內(nèi)進(jìn)行烘烤24h。
將清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控濺射機(jī)的腔體內(nèi),關(guān)閉磁控濺射機(jī)的所有閥門、窗口、所有靶材正下方的濺射擋板,對腔體進(jìn)行抽真空,至3×10-4。
將反濺射擋板旋轉(zhuǎn)至柔性聚酯基底的正上方,通入氬氣和氧氣,調(diào)節(jié)聚酯基底與反濺射擋板的間距,設(shè)定相應(yīng)的氬氧比例、總體氣體流量、工作氣壓、濺射功率和等離子體處理時間,對柔性聚酯基底表面進(jìn)行反濺射等離子體處理。等離子處理的工藝為:聚酯基底與反濺射擋板的間距為35mm;氬氧比例為5:1;氧氣和氬氣純度均為99.99%;總氣體流量為20sccm;工作氣壓為0.4pa;濺射功率為25w;等離子體處理時間為70s。
采用四氯化鈦為鈦前驅(qū)體源,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻為鉻前驅(qū)體源,高純水為氧前驅(qū)體源,將上述經(jīng)等離子體處理后的聚酯基底加熱后,采用將前驅(qū)體源進(jìn)行沉積組合進(jìn)行多組循環(huán)后制備出需要的透明導(dǎo)電薄膜;
其中:
四氯化鈦和水在室溫下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻需加熱至55℃。
所采用的沉積組合由n個tio2沉,n<35,摻雜1個cr摻雜沉積組成;即進(jìn)行n個tio2沉積組合后,引入1個cr摻雜沉積。
所進(jìn)行的tio2沉積是:當(dāng)沉積腔真空度在15pa以下時,向沉積腔體引入1個四氯化鈦脈沖,后采用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;后引入1個水蒸汽脈沖進(jìn)行反應(yīng)形成單個tio2原子層與反應(yīng)殘留物,然后用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;該過程中,四氯化鈦脈沖的持續(xù)時間為0.5s;氮?dú)馇逑磿r間5s;水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s;氮?dú)鉀_洗時間2s;將該過程重復(fù)n次即可。
所進(jìn)行的cr摻雜沉積是:當(dāng)n個tio2沉積完成后;引入1個四氯化鈦脈沖,持續(xù)0.5s,用氮?dú)馇逑?s;后引入1個三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖;用高純氮?dú)馇逑闯燎缓螅僖?個水蒸氣脈沖進(jìn)行反應(yīng);接著用高純氮?dú)馇逑闯练e腔,完成cr摻雜沉積;該過程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖的持續(xù)時間為0.5s,氮?dú)馇逑磿r間6s,水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s,氮?dú)鉀_洗時間6s。
實(shí)施例二
將柔性聚酯基底放入含有一定洗潔劑的去離子水中,在去離子水中超聲15min;然后,用柔軟干凈的毛刷逐一對柔性聚酯基底的正反面進(jìn)行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底,直至基底無泡沫為止;接著,將柔性聚酯放入乙醇中超聲15min,以去除基底表面的有機(jī)物,之后,用去離子水反復(fù)沖洗基底6次;接著,將柔性聚酯基底進(jìn)行去離子水超聲30mins,然后,將容器中超聲后的去離子水倒出,加入新的去離子水;最后,將潔凈的柔性聚酯從去離子水中逐一取出平鋪在潔凈的大號培養(yǎng)皿上,一起放進(jìn)溫度為60℃的潔凈烘箱內(nèi)進(jìn)行烘烤30h。
將清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控濺射機(jī)的腔體內(nèi),關(guān)閉磁控濺射機(jī)的所有閥門、窗口、所有靶材正下方的濺射擋板,對腔體進(jìn)行抽真空,至5×10-4pa。
將反濺射擋板旋轉(zhuǎn)至柔性聚酯基底的正上方,通入氬氣和氧氣,調(diào)節(jié)聚酯基底與反濺射擋板的間距,設(shè)定相應(yīng)的氬氧比例、總體氣體流量、工作氣壓、濺射功率和等離子體處理時間,對柔性聚酯基底表面進(jìn)行反濺射等離子體處理。等離子處理的工藝為:聚酯基底與反濺射擋板的間距為40mm;氬氧比例為6:1;氧氣和氬氣純度均為99.99%;總氣體流量為25sccm;工作氣壓為0.6pa;濺射功率為45w;等離子體處理時間為90s。
其中:
四氯化鈦和水在室溫下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻需加熱至55℃。
所采用的沉積組合由n個tio2沉,n<35,摻雜1個cr摻雜沉積組成;即進(jìn)行n個tio2沉積組合后,引入1個cr摻雜沉積。
所進(jìn)行的tio2沉積是:當(dāng)沉積腔真空度在15pa以下時,向沉積腔體引入1個四氯化鈦脈沖,后采用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;后引入1個水蒸汽脈沖進(jìn)行反應(yīng)形成單個tio2原子層與反應(yīng)殘留物,然后用高純氮?dú)馇逑闯练e腔;該過程中,四氯化鈦脈沖的持續(xù)時間為0.5s;氮?dú)馇逑磿r間5s;水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s;氮?dú)鉀_洗時間2s;將該過程重復(fù)n次即可。
所進(jìn)行的cr摻雜沉積是:當(dāng)n個tio2沉積完成后;引入1個四氯化鈦脈沖,持續(xù)0.5s,用氮?dú)馇逑?s;后引入1個三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖;用高純氮?dú)馇逑闯燎缓?,再引?個水蒸氣脈沖進(jìn)行反應(yīng);接著用高純氮?dú)馇逑闯练e腔,完成cr摻雜沉積;該過程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺鉻脈沖的持續(xù)時間為0.5s,氮?dú)馇逑磿r間6s,水蒸氣脈沖持續(xù)時間為0.3s,氮?dú)鉀_洗時間6s。
以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例,并非對本發(fā)明做任何限制,凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。