一種高熱穩定性透明導電薄膜及其製備方法和應用的製作方法
2023-10-09 19:47:09
專利名稱：一種高熱穩定性透明導電薄膜及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種透明導電薄膜及其製備方法，其薄膜可用於汽車玻璃，建築物玻璃，展示櫃玻璃，飛機駕駛室玻璃，火車駕駛室玻璃。
背景技術：
電加熱玻璃通常也叫電加溫玻璃，是一種通電後能發熱升溫的夾層玻璃製品，分為電阻絲電加熱玻璃和薄膜電加熱玻璃。涉及電阻絲電加熱玻璃的專利包括 CN201039504Y、CN201039503Y、CN201156830Y、CN201904931U、CN201491304U、CN2181662Y 等等。電阻絲電加熱玻璃也能夠達到除霧霜的效果，但是由於電阻絲為不透明金屬絲且無法覆蓋整個玻璃表面，導致導電加熱玻璃的透明度降低和加熱不均勻。涉及薄膜電加熱玻璃的專利包括CN101962270A、CN2104776U、CN20159336U、CN1277162A 等等，薄膜電加熱玻璃可以克服電阻絲電加熱玻璃的缺點，同時引入了新的缺點。大部分電加熱薄膜生產工藝複雜、成本高、薄膜容易老化、使用壽命短。專利CN1277162A公開了一種氧化銦-錫薄膜電加熱玻璃的製作方法。銦是一種稀有金屬，價格昂貴且具有一定毒性，因此不利於實現工業生產。
研究發現鎵摻雜能在有效降低氧化鋅薄膜電阻率的同時提高其熱穩定性，例如Asvarov等人研究了鎵摻雜含量為3at. %氧化鋅薄膜的熱穩定性，薄膜的電阻率為 3. 8X ICT4 Q .m,耐熱溫度 35CTC (A. Asvarov et al. Physica Status Solidi C7, 2010, 6 =1553-1555);又如有科研者研究了鎵摻雜含量為4. 9at. %時，薄膜的耐熱溫度可提高至 5000C (J. L. Zhao et al. Optical Materials，2011，33 :768-772)。然而，鎵是一種貴金屬元素，當作為單一的摻雜元素時，摻雜量一般在2at. %左右，降低其摻雜含量雖然可以降低成本，但是薄膜電阻率也會同時增大。發明內容
本發明的目的在於提供一種透明導電薄膜，是第III主族元素中的一種和鎵共摻雜的氧化鋅透明導電薄膜。本發明的上述透明導電薄膜中，薄膜中鎵的摻雜是為了提高薄膜的熱穩定性和導電性。少量鎵摻雜可有效提高氧化鋅薄膜的熱穩定性，從而延長其使用壽命。然而鎵是一種貴金屬元素，價格相對其他普通金屬較高。採用第III主族元素的一種進行共摻雜，目的是進一步降低生產成本同時保證薄膜的熱穩定性和導電性。所述的第 III主族元素為B，A1或In。而少量鎵元素可保證薄膜的熱穩定性，其他摻雜元素可保證薄膜的導電性。如實際應用要求薄膜具有較高的熱穩定性，此時可適當提高薄膜中鎵的摻雜含量降低其他共摻雜元素的摻雜含量；如實際應用要求薄膜具有較低的電阻率而對耐熱溫度沒有太高要求，此時可適當降低薄膜中鎵的摻雜含量同時提高其他共摻雜元素的摻雜含量，因此，第III主族元素中的一種和鎵共摻雜總含量為0. 5 5at. % ;鎵摻雜含量至少為0.5at. %。本發明中「at. % 」表不的是原子百分比。
上述所述的薄膜的電阻率為KT2KT4 Q m,耐熱溫度為300 600°C。
本發明的另一目的在於提高上述透明導電薄膜的製備方法，可通過溶膠-凝膠法，電子束蒸發發或磁控濺射法製備；而本發明提供的是電子束蒸發優選工藝參數；所述的電子束蒸發法的步驟
①將氧化鋅，氧化鎵和第III主族元素的氧化物中的一種混合，壓制燒結得到陶瓷靶；其中，鎵和第III主族元素中的一種共摻雜含量為0. 5 5at. % ；
②清洗並安裝基片，在10_3Pa，250°C，2轉/min下通入氬氣和氧氣的混合氣體，開始蒸鍍；所述的蒸鍍在高壓為6kV，電子束流為30mA，蒸鍍時間為30min下進行。
本發明的再一目的在於提供所述的透明導電薄膜在電加熱玻璃中的應用。
製備出的玻璃可用於汽車玻璃，建築物玻璃，展示櫃玻璃，飛機駕駛室玻璃，火車駕駛室玻璃等領域。
本發明具有以下優點
①本發明的薄膜在保證薄膜熱穩定性(> 300°C )和電阻率(< 10_2Q .m)的同時降低了生產成本；
②此薄膜具有鎵摻雜濃度低、熱穩定性高、抗老化能力強、使用壽命長、原材料價格低廉等優點。
具體實施方式
下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
實施例I
電子束蒸發製備鋁+鎵共摻雜氧化鋅薄膜
①將純度為99.99 %的氧化鋅，氧化鋁和氧化鎵粉末按照鎵摻雜含量為I.Oat. %、鋁摻雜含量為2. Oat. %均勻混合，20MPa壓制5min，1100°C燒結360min，得到陶瓷靶；
②清洗並安裝玻璃基片，抽真空至10_3Pa ;基片加熱至250°C，轉速2轉/min ;通入氬氣和氧氣混合氣體，開始蒸鍍，高壓為6kV，電子束流為30mA，蒸鍍時間為30min。
此方法得到的薄膜厚度為200nm，電阻率為3.0X10_3Q !!!，可見光區透過率> 85%。權利要求
1.一種高熱穩定性透明導電薄膜，是第in主族元素中的一種和鎵共摻雜的氧化鋅透明導電薄膜。
2.根據權利要求I所述的高熱穩定性透明導電薄膜，其特徵在於所述的第III主族元素為B, Al或In。
3.根據權利要求I或2所述的高熱穩定性透明導電薄膜，其特徵在於所述的第III主族兀素中的一種和鎵共摻雜總含量為0. 5 5at. %。
4.根據權利要求3所述的高熱穩定性透明導電薄膜，其特徵在於所述的鎵摻雜含量至少為 0. 5at. %0
5.根據權利要求I所述的高熱穩定性透明導電薄膜，其特徵在於所述的薄膜的電阻率為10_210_4 Q m，耐熱溫度為300 6000C。
6.權利要求I所述的高熱穩定性透明導電薄膜的製備方法，其特徵在於所述的方法為電子束蒸發法，其步驟為①將氧化鋅，氧化鎵和第III主族元素的氧化物中的一種混合，壓制燒結得到陶瓷靶; 其中，第III主族元素中的一種和鎵共摻雜總含量為0. 5 5at. % ；②清洗並安裝玻璃基片，在10_3Pa，250°C，2轉/min下通入氬氣和氧氣的混合氣體，開始蒸鍍；所述的蒸鍍在高壓為6kV，電子束流為30mA，蒸鍍時間為30min下進行。
7.權利要求I所述的高熱穩定性透明導電薄膜在電加熱玻璃中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種透明導電薄膜及其製備方法，所述的透明導電薄膜，是第III主族元素中的一種和鎵共摻雜的氧化鋅透明導電薄膜。本發明的薄膜在保證薄膜熱穩定性(＞300℃)和電阻率(＜10-2Ω·m)的同時降低了生產成本；此薄膜具有鎵摻雜濃度低、熱穩定性高、抗老化能力強、使用壽命長、原材料價格低廉等優點。
文檔編號C23C14/06GK102534496SQ20121006533
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者侯波, 葉飛, 張文徵, 曹善鵬 申請人:大連理工大學