專利名稱：透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃及其制備方法
技術領域：
本發明涉及鍍膜玻璃及其制備方法，尤其是透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃及其制備方法。
背景技術：
人們已經發現金屬氧化物透明導電薄膜對中紅外光線具有高的反射率，比較理想的是氧化錫銦膜(ITO)和摻鋁的氧化鋅薄膜(AZO)，其可見光透過率約為75％或更高，紅外反射率可達90％。但目前國內和國際上報道的鍍有這類薄膜的紅外反射玻璃只對波長大于2500nm的紅外線效果較好，而對近紅外線幾乎沒有反射效率。我們知道太陽輻射波長主要分布在250-2500nm范圍內。從光效應來講，太陽光譜中主要是紅外波段直接產生熱效應，也就是800-2500nm的近紅外部分，占太陽光譜能量的44％，而大于2500nm的中紅外只占太陽光能量的3％，所以目前報道的ITO和AZO鍍膜紅外反射玻璃并不能產生很好的遮陽效果，還達不到降低室內溫度的功能。
為了克服使用金屬膜的缺點，改善目前透明導電薄膜的不足，圍繞n型重摻雜的ZnO薄膜來實現真正具有遮陽效果的近紅外反射玻璃，研究的核心問題是如何突破ZnO的高濃度n型摻雜(電子載流子濃度＞1.0×1021/cm3)。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高透明高紅外反射的特點的近紅外反射鍍膜玻璃及其制備方法。
本發明的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃是由襯底和鍍在襯底上的近紅外反射膜層組成，近紅外反射膜層的電子載流子濃度在1.0×1021cm-3～6.0×1021cm-3。
透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃的制備方法，其特征是步驟如下將襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽到至少3×10-3Pa，以鋅鎵合金為靶材，鋅和鎵的摩爾百分含量分別為95～99％和1.0～5.0％，以純Ar和純O2作為濺射氣體，Ar和O2的分壓比為4∶1～20∶1，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，在0.5～3.0Pa壓強下，于25～600℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。
本發明通過改變Ar和O2的分壓比可以改變摻鎵量。近紅外反射膜層的厚度由生長時間決定。
本發明中，Ar的純度為99.99％以上，O2的純度為99.99％以上；鋅的純度大于99.99％，鎵的純度大于99.999％。襯底可為玻璃或石英。
本發明以O2作為氧源，Ar作為輔助濺射氣體。濺射過程中，濺射原子(Zn、Ga)在Ar的保護下與O2發生反應，在襯底上沉積形成重摻Ga的近紅外反射薄膜層。
本發明的有益效果在于本發明方法簡單，使用的是鋅鎵合金靶，靶材純度高、沉積裝置簡單、易操作、可實現大面積鍍膜，有利于工業化生產。本發明與Al摻雜相比具有以下兩大優點1)Ga和Zn原子半徑相差不多，而且Ga-O鍵和Zn-O鍵的鍵長也很接近，即使在比較高的摻雜濃度情況下，ZnO的晶格畸變也非常小，選擇Ga作為摻雜元素有利于實現ZnO的n型重摻；2)在薄膜的生長過程中，鋁表現出非常高的反應活性，易氧化，鎵相對于鋁不易氧化。
本發明制備的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃具有高透明、高導電、高紅外反射的特點，電子載流子濃度在1.0×1021cm-3以上，可高達6.0×1021cm-3，已達到近紅外高反射率玻璃鍍膜的技術要求，在遮陽型紅外反射玻璃上有巨大的應用，而且也可以作為科研中高端的紫外和紅外濾波片。
圖1是近紅外反射鍍膜玻璃示意圖；圖2是鍍膜玻璃的的X射線衍射(XRD)圖譜；圖3是鍍膜玻璃的光學透射譜。
具體實施例方式
以下結合附圖及實例進一步說明本發明。
參照圖1，本發明的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃是由襯底1和鍍在襯底上的近紅外反射膜層2組成，近紅外反射膜層的電子載流子濃度在1.0×1021cm-3～6.0×1021cm-3。
實施例1將玻璃襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置反應室的樣品架上，襯底沉積表面朝下放置，可有效防止顆粒狀的雜質對襯底表面的玷污，反應室真空度抽至3×10-3Pa，以鋅鎵合金為靶材，此例中，鎵的摩爾百分含量為1.0％，Zn的摩爾百分含量為99％。以純度為99.99％的Ar和純度為99.99％的O2作為濺射氣體，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，Ar和O2的分壓比為20∶1，在3.0Pa壓強下，于300℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。
制得的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃的X射線衍射(XRD)圖譜，見圖2，由圖可見，只有ZnO的(002)和(004)衍射峰出現，表明本發明方法制備的Ga摻雜的ZnO近紅外反射率薄膜具有良好的結晶性能。
近紅外反射膜層在室溫下具有優異的電光性能，電阻率為3.52×10-4Ω.cm，電子載流子濃度為2.65×1021cm-3。鍍膜玻璃的光學透射譜如圖3所示，由圖可見，在可見光區的平均透射率達90％及以上，在紅外區具有很低的透射率，近紅外光透過率小于30％。并且放置半年其電光特性無明顯變化，性能穩定，是一種優良的高透明高導電近紅外反射的玻璃鍍膜材料。
實施例2將玻璃襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置反應室的樣品架上，襯底沉積表面朝下放置，可有效防止顆粒狀的雜質對襯底表面的玷污，反應室真空度抽至3×10-3Pa，以鋅鎵合金為靶材，此例中，鎵的摩爾百分含量為5.0％，Zn的摩爾百分含量為95％。以純度為99.99％的Ar和純度為99.99％的O2作為濺射氣體，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，Ar和O2的分壓比為4∶1，在0.5Pa壓強下，于600℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。近紅外反射膜層的電阻率為4.0×10-4Ω.cm，電子載流子濃度為2.2×1021cm-3。可見光區的平均透射率達85％及以上，近紅外光透過率小于30％。
實施例3將玻璃襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置反應室的樣品架上，襯底沉積表面朝下放置，可有效防止顆粒狀的雜質對襯底表面的玷污，反應室真空度抽至3×10-3Pa，以鋅鎵合金為靶材，此例中，鎵的摩爾百分含量為4.5％，Zn的摩爾百分含量為95.5％。以純度為99.99％的Ar和純度為99.99％的O2作為濺射氣體，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，Ar和O2的分壓比為10∶1，在2.5Pa壓強下，于25℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。近紅外反射膜層的電阻率為4.6×10-4Ω.cm，電子載流子濃度為1.0×1021cm-3。可見光區的平均透射率達80％及以上，近紅外光透過率小于30％。
實施例4將玻璃襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置反應室的樣品架上，襯底沉積表面朝下放置，可有效防止顆粒狀的雜質對襯底表面的玷污，反應室真空度抽至3×10-3Pa，以鋅鎵合金為靶材，此例中，鎵的摩爾百分含量為4.0％，Zn的摩爾百分含量為96％。以純度為99.99％的Ar和純度為99.99％的O2作為濺射氣體，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，Ar和O2的分壓比為20∶1，在2.5Pa壓強下，于500℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。近紅外反射膜層的電阻率為1.8×10-4Ω.cm，電子載流子濃度為6.0×1021cm-3。可見光區的平均透射率達85％及以上，近紅外光透過率小于30％。
權利要求
1.透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃，其特征是由襯底(1)和鍍在襯底上的近紅外反射膜層(2)組成，近紅外反射膜層(2)的電子載流子濃度在1.0×1021cm-3～6.0×1021cm-3。
2.根據權利要求1所述的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃的制備方法，其特征是步驟如下將襯底清洗后放入直流磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽到至少3×10-3pa，以鋅鎵合金為靶材，鋅和鎵的摩爾百分含量分別為95～99％和1.0～5.0％，以純Ar和純O2作為濺射氣體，Ar和O2的分壓比為4∶1～20∶1，兩種氣體分別由流量計控制輸入反應室，在0.5～3.0Pa壓強下，于25～600℃下進行濺射生長，在襯底上沉積一層近紅外反射膜。
3.根據權利要求2所述的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃的制備方法，其特征是所說的襯底為玻璃或石英。
全文摘要
本發明公開的透明的高導電近紅外反射鍍膜玻璃由襯底和鍍在襯底上的近紅外反射膜層組成，近紅外反射膜層的電子載流子濃度在1.0×10
文檔編號C23C14/34GK1962508SQ200610154890
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月28日 優先權日2006年11月28日
發明者葉志鎮, 馬全寶 申請人:浙江大學