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一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材及其制備方法和應(yīng)用的制作方法

文檔序號(hào):1915595閱讀:569來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材及其制備技術(shù)和應(yīng)用。
目前,人們已開發(fā)了ZnO、SnO2、及In2SnO5、ZnOIn2O3、Zn2SnO4、Zn2In2O5、CdSb2O6、CdIn2O4、Cd2SnO4、GaInO3、In4Sn3O12、MgIn2O4、FTO(SnOF)等多元透明氧化物薄膜材料。其中應(yīng)用最廣、最成熟的還是摻錫氧化銦(Indium Tin Oxide,簡(jiǎn)稱ITO)。ITO薄膜具有復(fù)雜的立方鐵錳礦結(jié)構(gòu),電阻率低達(dá)10-4Ω.cm量級(jí),可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)平均光透射率80%以上。它的優(yōu)異光電性質(zhì)使之成為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的TCO薄膜,是平板顯示器件中最主要的平面透明電極材料。目前商品化的ITO薄膜的生產(chǎn)主要是采用ITO陶瓷靶材的濺射方法。ITO靶材是用熱等靜壓方法制備的,其制造工藝復(fù)雜,設(shè)備和制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其材料成本。在磁控濺射方法制備ITO薄膜的工藝中,要獲得光電性能優(yōu)異的薄膜,其基片溫度一般要求在350℃左右,這在一定程度上限制了其襯底材料的選擇范圍,比較適合的襯底材料為玻璃及不銹鋼等。而在柔性有機(jī)物襯底上制備薄膜,襯底溫度一般不允許超過(guò)200℃,所以在柔性有機(jī)物襯底上制備性能優(yōu)異的ITO薄膜較為困難。同時(shí)ITO薄膜應(yīng)用于太陽(yáng)能電池作為透明電極時(shí),薄膜中的In會(huì)向電池材料中擴(kuò)散,使得器件的性能穩(wěn)定性下降。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材,其特征在于該陶瓷靶材由鋅、鎵氧化物組成,是由氧化鋅粉末和氧化鎵粉末經(jīng)燒結(jié)而成,其中的氧化鎵占總質(zhì)量的2~7%。
本發(fā)明提出的制備所述鋅鎵氧化物陶瓷靶材的方法,其特征在于該方法包括如下步驟(1)質(zhì)量百分比為98~93%的氧化鋅粉末和質(zhì)量百分比為2~7%的氧化鎵粉末相互混合,用冷壓方法壓制成形;(2)將成形的塊體在常壓、常氣氛下燒結(jié),燒結(jié)溫度在1000℃~1700℃。
本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是應(yīng)用本發(fā)明提供的鋅鎵氧化物陶瓷靶材作為濺射靶材制備鋅鎵氧化物透明導(dǎo)電薄膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下突出優(yōu)點(diǎn)①所提供的鋅鎵氧化物陶瓷靶材成分簡(jiǎn)單,具有高精密性、穩(wěn)定性、可靠性等特點(diǎn),靶材尺寸可以達(dá)到目前濺射生產(chǎn)線通用的尺寸規(guī)格。
②靶材的制造工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低廉,性能一致性好。
③使用該靶材制備的薄膜的膜基附著力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)。
④鋅鎵氧化物薄膜的濺射工藝可以使用直流濺射方法,避免了射頻濺射對(duì)操作人員的損傷。
⑤使用本發(fā)明的靶材所制備的鋅鎵氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦型,其光電性能可以與ITO相比擬,電阻率達(dá)10-4Ω.cm量級(jí),可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的平均光透射率在84%以上。
⑥使用本發(fā)明的靶材,在150℃以下的襯底溫度也可以獲得性能優(yōu)異的鋅鎵氧化物薄膜,如沉積在透明聚酯膠片、聚異氰酸酯和普通電工用的聚酯薄膜上的鋅鎵氧化物薄膜的電阻率可以達(dá)到8.0×10-4Ω.cm,透射率大于84%。
⑦鋅鎵氧化物薄膜作為硅基太陽(yáng)能電池的透明電極時(shí),具有在H等離子體中性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。
⑧與摻鋁的氧化鋅薄膜相比,具有更寬的可見(jiàn)光透過(guò)范圍和更加穩(wěn)定的光電性能,特別是耐濕性能,這使其應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中作為透明電極時(shí),可以有效地提高器件的穩(wěn)定性和耐久性。
實(shí)施例2用純度為99.99%的氧化鋅粉末和純度99.99%的氧化鎵粉末(占總質(zhì)量的4.6%)相互混均勻,采用冷壓方法成型,壓力為2.50×106N。在1180℃燒結(jié)成密度為理論密度的95%的塊體,制成尺寸為400mm×200mm×6mm的靶材。應(yīng)用該靶材采用直流磁控濺射沉積的方法在玻璃上沉積氧化鋅鎵透明導(dǎo)電薄膜,所得薄膜的厚度為30nm,電阻率為3.6×10-4Ω.cm,550nm的可見(jiàn)光透過(guò)率為88%。
實(shí)施例3
用純度為99.99%的氧化鋅粉末和純度99.99%的氧化鎵粉末(占總質(zhì)量的6.8%)相互混合均勻,采用冷壓方法成型,壓力為2.50×106N。在1680℃燒結(jié)成密度為理論密度的97%的塊體,制成尺寸為400mm×200mm×6mm(長(zhǎng)×寬×高)的靶材。用三塊靶材粘結(jié)成1200mm×200mm×6mm的生產(chǎn)線用尺寸的靶材,應(yīng)用該靶材,采用直流磁控濺射沉積的方法在玻璃上沉積氧化鋅鎵透明導(dǎo)電薄膜,所得薄膜的厚度為110nm,電阻率為4.43×10-4Ω.cm,550nm的可見(jiàn)光的透過(guò)率為87%。
實(shí)施例4用實(shí)施例3的方法獲得的氧化鋅鎵薄膜,在溫度為85℃,相對(duì)濕度為85%的條件下存放1000小時(shí)后,電阻率上升值小于存放前的5%,550nm的可見(jiàn)光的透過(guò)率仍然保持為87%。
權(quán)利要求
1.一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材,其特征在于該陶瓷靶材由鋅、鎵氧化物組成,是由氧化鋅粉末和氧化鎵粉末經(jīng)燒結(jié)而成,其中的氧化鎵占總質(zhì)量的2~7%。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的鋅鎵氧化物陶瓷靶材的方法,其特征在于該方法包括如下步驟(1)將質(zhì)量百分比為93~98%的氧化鋅粉末和質(zhì)量百分比為2~7%的氧化鎵粉末相互混合,用冷壓方法壓制成形;(2)將成形的塊體在常壓、常氣氛下燒結(jié),燒結(jié)溫度在1000℃~1700℃。
3.利用如權(quán)利要求1所述的鋅鎵氧化物陶瓷靶材作為濺射靶制備鋅鎵氧化物透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用。
全文摘要
一種鋅鎵氧化物陶瓷靶材及其制備方法和應(yīng)用,屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用氧化鋅粉末與氧化鎵粉末相互混均勻;采用冷壓方法成型;用常壓、常氣氛燒結(jié)成密實(shí)的塊體,作為濺射靶材,并應(yīng)用于鋅鎵氧化物透明導(dǎo)電薄膜的制備。該發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、制成的靶材成分均勻,性能穩(wěn)定。應(yīng)用該靶材制備透明導(dǎo)電薄膜具有工藝穩(wěn)定、易于控制等特點(diǎn)。所制備的薄膜的光電性能優(yōu)異,一致性好,且耐濕耐蝕。該薄膜應(yīng)用于太陽(yáng)能電池作為透明電極時(shí),對(duì)電池材料無(wú)不良影響,并可提高器件的穩(wěn)定性和耐久性。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1413947SQ02156898
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者莊大明, 張弓, 方玲, 侯亞奇, 楊波, 趙方紅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)
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