[发明专利]用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，具体涉及一种用于在基于石墨烯的电容式触摸屏的石墨烯薄膜上生成TCO透明导电薄膜的溅射镀膜装置，属于透明导电电极膜层制备技术领域。

背景技术

透明导电薄膜是生产液晶显示器、OLED显示器、薄膜太阳能电池、触摸屏、电磁屏蔽等产品所必需的部件。近年来，随着信息技术和产品的发展，透明导电薄膜的市场需求越来越大。所述透明导电薄膜必须同时满足两种条件：①对可见光（波长λ在380～760nm范围内）的透射率高，可见光的平均透过率T_avg＞80%；②电导率高，电阻率在10^-3Ω．cm以下，才能使用在透明导电膜电极上。

常用的膜层为CVD（化学气相沉积）方式镀制的FTO（掺氟的氧化锡），PVD（物理气相沉积）方式镀制的ITO（氧化铟锡）、AZO（掺铝的氧化锌）等膜层。所述PVD方式主要为溅射镀膜方式。

现有的单片电容式触摸屏（图1为现有技术的单片电容式触摸屏的结构示意图）包含基片100、透明导电电极层101、金属电极层102，其中，透明导电电极层101常用ITO膜层。

虽然由现有的工艺生产的ITO薄膜具有高导电性和透明度，能基本满足部分电子产品对该两项技术指标的需要，但是仍存在很多难以克服的困难：（1）ITO很脆易碎，因此应用时容易被磨损或者在弯曲时出现裂纹、脱落而影响使用寿命。（2）ITO成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基片时，由于处理温度受限，薄膜导电性和透明度均较低。（3）受原材料、生产设备和工艺的影响，ITO薄膜将会越来越昂贵。这是因为一方面，ITO的主要成分是铟，其储量非常有限，目前的全球年产约为500吨；另一方面，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，成膜所需的高质量ITO靶材生产技术又主要控制在日本、美国、欧洲等国家。

以上技术缺陷和未来市场走向使发展新材料来取代ITO成为工业界急需解决的课题，而TCO膜层中的FTO和AZO成为了替代ITO材料的首选，另外石墨烯也是一种潜在的优质替代材料。

FTO的导电性比ITO略差，却具备激光刻蚀容易、光学性能适宜、容易在镀膜过程中直接得到绒面结构、价格相对低等优点。因此，目前FTO已经成为生产非晶硅薄膜光伏电池的主要TCO玻璃原料，但由于其导电性能较差，还没有在显示行业如触摸屏产品中得到应用。而且FTO膜层需要高温制作，设备投入巨大，往往是在浮法玻璃公司进行在线生产。

AZO（铝掺杂的氧化锌）薄膜具有原料廉价、无毒、光电性能与ITO相近、性价比优异、易于制备、生产成本低等优点。一般使用溅射方式的PVD设备制作AZO膜层，且制作过程需要高温处理；因为基片上的膜层在高温情形下才能形成结晶，消除AZO膜层的内部缺陷。而高温处理则需要设备零部件能够承受高温且长期运行稳定，这样会导致设备投入成本、维护成本增加，且设备状态难以稳定。而制作出来的AZO电阻率往往在10^-3Ω．cm数量级，无法达到前电极101所需要的10^-4Ω．cm数量级，因此在显示行业没有得到广泛的应用。

另一种可以作为透明导电电极的材料为石墨烯材料，石墨烯具有作为透明导电材料的极佳性能，具体表现为：（1）石墨烯的透过率在可见光波段与波长无关。因此，可见光透过率因波长不同而引起的变化较少，透射光谱几乎为平坦状态。（2）石墨烯的色调完全无色。导电薄膜越是无色就越容易在触摸显示屏上忠实地再现图像颜色。（3）石墨烯具有高达97.4%的透射率。（4）石墨烯的在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125Ω/□，已经达到了工业界透明电极的质量标准（200~900Ω/□）。

本领域公知地，在透明导电材料中，光线透过率与方块电阻值之间存在此消彼长的关系，即：为了降低方块电阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透过率会随之下降；相反，为了提高光线透过率而减薄膜厚，方块电阻值就会上升。所以，在保证透光率的前提下，通过适当增加石墨烯膜厚及掺杂等技术途径，将导电膜的方块电阻降至最低，在这方面石墨烯具有很大的潜力。