Способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия


 


Владельцы патента RU 2448197:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к нанесению прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники. Способ включает реактивное магнетронное распыление металлической мишени из сплава индия с оловом и осаждение в рабочей камере покрытия на диэлектрическую подложку в атмосфере смеси газов, содержащей инертный газ и кислород с ионной стимуляцией процесса осаждения покрытия потоком ионов, покрытие осаждают на полимерную пленку при величине средней плотности тока магнетронного разряда на распыляемой поверхности мишени 180-200 А/м2 и ионной стимуляции процесса осаждения покрытия потоком ионов с энергией 20-40 эВ в две стадии: сначала в смеси газов, содержащей 20-22 об.% кислорода, затем в смеси газов, содержащей кислорода не менее 60 об.%, при условии выполнения следующего соотношения t1:t2=2-3, где t1 - время проведения первой стадии осаждения покрытия, t2 - время проведения второй стадии осаждения покрытия. Использование предлагаемого способа позволяет увеличить срок службы прозрачных электродов в составе электрохромного материала, а также повысит надежность и ресурс оптически активного электрохромного материала остекления. 1 табл., 7 пр.

 

Изобретение относится к способам реактивного магнетронного нанесения покрытий, а именно к способам нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к разработке технологий получения электроуправляемых оптически активных материалов для прозрачных ограждающих конструкций, которые позволяют регулировать величины светового и теплового потока, проходящие через них. Одним из основных элементов таких материалов является прозрачный электрод, который представляет собой полимерную или силикатную основу с нанесенным прозрачным электропроводящим покрытием. В качестве материала покрытия для прозрачного электрода могут быть использованы полупроводниковые соединения металлов, например In2О3, SnO2 и другие. Лучшее сочетание оптических и электрических свойств имеет оксид индия, легированный оловом (ITO).

Известен способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, включающий размещение в рабочей камере мишени магнетронного типа, создание основного магнитного поля, создание вспомогательного переменного магнитного поля, размещение подложки со стороны распыляемой поверхности мишени, вакуумирование рабочей камеры, подачу в нее смеси аргона и кислорода, подачу на мишень отрицательного потенциала, создание магнетронного разряда и распыление мишени с нанесением покрытия на подложку, например прозрачного электропроводящего покрытия, в том числе на основе оксидов индия и олова. Переменное вспомогательное магнитное поле создают с помощью соленоида, подключенного к источнику тока, управляемому генератором, с целью увеличения коэффициента использования массы мишени (патент США №4810346).

Недостатком известного способа является значительная нестабильность параметров магнетронного разряда, влияющая на скорость нанесения покрытия и соответственно на неоднородность свойств покрытия по толщине, что приводит к значительному разбросу оптико-физических характеристик прозрачных электропроводящих покрытий при нанесении на полимерные подложки.

Известен способ нанесения покрытия, включающий размещение в рабочей камере металлической мишени магнетронного типа, создание над поверхностью металлической мишени магнитного поля с помощью электромагнита, размещение подложки со стороны распыляемой поверхности металлической мишени, вакуумирование рабочей камеры, подачу в нее аргона, подачу на металлическую мишень отрицательного потенциала, создание магнетронного разряда и распыление металлической мишени с нанесением покрытия на подложку. Интенсивность магнитного поля уменьшают по мере уменьшения толщины мишени с целью поддержания постоянной скорости нанесения и физических характеристик металлического покрытия (патент Японии №62-294171).

Недостатком известного способа является высокая энергоемкость и невозможность получения оксидных электропроводящих покрытий из металлических мишеней вследствие отсутствия подачи кислорода в рабочую камеру.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, включающий реактивное магнетронное распыление металлической мишени из сплава индия с оловом и осаждение в рабочей камере покрытия на стеклянную подложку в атмосфере смеси газов, содержащей инертный газ и кислород, с ионной стимуляцией процесса осаждения покрытия потоком ионов. При этом содержание кислорода в смеси газов 25-50%, а ионную стимуляцию процесса осаждения покрытия проводят при энергии ионов 50-100 эВ, что позволяет расширить диапазон технологических параметров получения прозрачных электропроводящих покрытий с высокими оптическими и электрическими свойствами (патент РФ №2112076).

Недостатком способа-прототипа является значительная деградация электрических свойств, осажденного этим способом прозрачного электропроводящего покрытия, при его работе в составе электрохромного оптически активного материала остекления, которая приводит к значительному сокращению срока службы электрохромного материала остекления.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, длительно сохраняющего высокие электрические свойства при работе в составе оптически активного электрохромного материала остекления.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, включающий реактивное магнетронное распыление металлической мишени из сплава индия с оловом и осаждение в рабочей камере покрытия на диэлектрическую подложку в атмосфере смеси газов, содержащей инертный газ и кислород с ионной стимуляцией процесса осаждения покрытия потоком ионов, в котором покрытие осаждают на полимерную пленку при величине средней плотности тока магнетронного разряда на распыляемой поверхности мишени 180-200 А/м2 и ионной стимуляции процесса осаждения покрытия потоком ионов с энергией 20-40 эВ в две стадии: сначала в смеси газов, содержащей 20-22 об.% кислорода, затем в смеси газов, содержащей кислорода не менее 60 об.%, при условии выполнения следующего соотношения t1:t2=2-3, где t1 - время проведения первой стадии осаждения покрытия, t2 - время проведения второй стадии осаждения покрытия.

Установлено, что осаждение покрытия при величине средней плотности тока магнетронного разряда на распыляемой поверхности мишени 180-200 А/м2 и ионной стимуляции процесса осаждения покрытия потоком ионов с энергий 20-40 эВ в смеси инертного газа с 20-22 об.% кислорода на первой стадии, и проведение второй стадии осаждения с увеличенным до значения не менее 60 об.% содержанием кислорода, при выполнении соотношения t1:t2=2-3, где t1 - время проведения первой стадии осаждения покрытия, t2 - время проведения второй стадии осаждения покрытия, является необходимым условием для формирования на полимерной пленке прозрачного электропроводящего покрытия с высоким светопропусканием и низким поверхностным сопротивлением, длительно сохраняющимся при работе в составе оптически активного электрохромного материала остекления.

При этом на первой стадии на полимерной подложке осаждается слой покрытия с незначительным содержанием продуктов деструкции полимера, образующихся при его взаимодействии с плазмой магнетронного разряда, и величиной концентрациии кислородных вакансий, обеспечивающей минимальное поверхностное сопротивление при высокой светопрозрачности покрытия. На второй стадии формируется поверхностный слой покрытия с содержанием диоксида олова, достаточным для затруднения диффузии химически активных элементов, в том числе кислорода, из электрохромной композиции в объем покрытия (электрохимическая диффузия химически активных элементов из электрохромной композиции в покрытие приводит к заполнению кислородных вакансий и связыванию валентных электронов атомов олова в кристаллической решетке оксида индия, которые являются поставщиком электронов в зону проводимости кристалла). Причем слой, сформированный на второй стадии осаждения покрытия, при выполнении условия t1:t2=2-3 не только затрудняет диффузию химически активных элементов в объем покрытия, но и обеспечивает низкое контактное сопротивление на границе покрытие - электрохромная композиция, что важно для обеспечения длительной работы электрохромного материала остекления при сохранении высокой скорости его срабатывания.

Примеры осуществления

По предлагаемому способу и способу-прототипу изготовили образцы прозрачных электродов, представляющих собой прозрачную полимерную подложку из полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) пленки с прозрачным электропроводящим покрытием. Используя эти электроды, изготовили образцы электрохромного материала остекления. Провели измерения поверхностного сопротивления покрытия в составе электрохромного материала в исходном состоянии и после разного количества циклов срабатывания (за цикл срабатывания электрохромного материала принимали его окрашивание под действием электрического тока в течение 20 с и последующее обесцвечивание в течение 20 с).

Пример 1

В рабочей камере разместили металлическую мишень из сплава индия 90 вес.% и олова 10 вес.%. Создали магнитное поле с величиной индукции на распыляемой поверхности металлической мишени в середине замкнутого магнитного зазора, равной 0,08 Тл с помощью магнитной системы магнетронного типа. Разместили подложку из ПЭТФ пленки со стороны распыляемой поверхности металлической мишени на устройстве перемещения подложек. Установили между металлической мишенью и подложкой заслонку. Создали в рабочей камере давление не более 5-10-3 Па и напустили в нее смесь аргона и кислорода с содержанием кислорода 20 об.% (по расходу) до давления, равного 0,4 Па с помощью системы регулируемой подачи газов. Подали на металлическую мишень отрицательный потенциал величиной минус 600 В относительно стенок рабочей камеры с помощью источника электропитания, включенного по схеме со стабилизацией тока. После возбуждения над поверхностью металлической мишени магнетронного разряда установили оптимальные значения потенциала металлической мишени - минус 400 В, средней плотности тока jcp=200 А/м2 и провели предварительную подготовку металлической мишени в течение 1-2 минут при установленной заслонке. Ионным ускорителем создали направленный на подложку из ПЭТФ пленки поток ионов с энергией ионов (средней) 20 эВ и плотностью тока 5 А/м2. Убрали заслонку и провели первую стадию нанесения прозрачного электропроводящего покрытия оксида индия, легированного оловом (ITO), в течение времени t1=4,5 мин. После завершения первой стадии увеличили содержание кислорода в смеси газов до 60 об.% путем увеличения расхода кислорода системой регулируемой подачи газов и провели вторую стадию нанесения покрытия в течение времени t2=1,5 мин.

Покрытия по примерам 2-6 наносили способом, аналогичным примеру 1 (см. таблицу). Толщина покрытия в примерах 1-3 была равна толщине покрытия, полученной способом-прототипом. В примерах 4-6 увеличено время нанесения и, соответственно, толщина покрытия для обеспечения значений коэффициента светопропускания и поверхностного сопротивления покрытия, предпочтительных для работы электрохромного материала остекления (см. таблицу).

Покрытие по примеру 7 наносили способом-прототипом, причем для получения минимального поверхностного сопротивления при содержании кислорода 38 об.% в смеси газов средняя плотность тока на распыляемой поверхности мишени составила 300 А/м2 (см. таблицу).

Толщину покрытия δ контролировали оптическими, гравиметрическими и другими методами. Поверхностное сопротивление RS покрытия контролировали методом четырехточечного зонда. Токи и потенциалы контролировали с помощью цифровых мультиметров.

В таблице приведены параметры осаждения покрытия и значения величины поверхностного сопротивления прозрачного электропроводящего покрытия на ПЭТФ пленке, полученных предлагаемым способом и способом-прототипом до и после работы в составе электрохромного материала.

Таблица
Влияние режимов получения и длительности работы в составе электрохромного материала на величину поверхностного сопротивления прозрачного электропроводящего покрытия на ПЭТФ пленке, полученных предлагаемым способом и способом-прототипом.
№ п/п Параметры осаждения покрытия Величина поверхностного сопротивления прозрачного электропроводящего покрытия в составе электрохромного материала, Ом/□
Содержание кислорода в смеси газов, об.% Средняя плотность тока на распыляемой поверхности мишени, А/м2 Средняя энергия потока ионов при ионном стимулировании, эВ Время осаждения покрытия, мин Толщина покрытия, мкм
1 стадия 2 стадия 1 стадия 2 стадия Длительность испытаний
0 циклов 103 циклов 104 циклов
1 20 60 200 20 4,5 1,5 0,08±0,01 72 80 97
2 21 80 190 30 4,2 1,8 68 72 85
3 22 100 180 40 4 2 75 79 92
4 20 60 200 20 9 3 0,18±0,02 34 37 55
5 21 80 190 30 8,5 3,5 32 35 45
6 22 100 180 40 8 4 36 37 50
7 (способ-прототип 38 - 300 75 6 0,08±0,01 76 125 276

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа позволяет длительно (в течение 104 циклов срабатывания) сохранять значение поверхностного сопротивления прозрачного электропроводящего покрытия при работе в составе электрохромного материала. Величина поверхностного сопротивления покрытия, полученного предлагаемым способом, в составе электрохромного материала после 104 циклов срабатывания приблизительно в 3 раза меньше величины поверхностного сопротивления покрытия, полученного способом-прототипом, при равных толщинах (0,08 мкм).

Приведенные выше примеры получения покрытий подтверждают эффективность применения предлагаемого способа нанесения прозрачного электропроводящего покрытия на полимерную ПЭТФ пленку, но не ограничивают круг покрытий, получаемых с его помощью, а также материалы подложек, на которые эти покрытия могут быть нанесены.

Преимущественно предлагаемое изобретение предназначено для нанесения прозрачных электропроводящих покрытий методом реактивного магнетронного распыления из сплава индия 90 об.% с оловом 10 об.%, но может быть использовано для получения прозрачных электропроводящих покрытий из сплавов с другим содержанием олова и других сплавов, содержащих олово, таких как, оксид цинка с добавлением олова и т.п., на подложки из органического и силикатного стекла, поликарбоната и других органических и неорганических материалов.

Использование предлагаемого способа приведет к увеличению срока службы прозрачных электродов в составе электрохромного материала, а также повысит надежность и ресурс оптически активного электрохромного материала остекления.

Способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, включающий реактивное магнетронное распыление металлической мишени из сплава индия с оловом и осаждение в рабочей камере покрытия на диэлектрическую подложку в атмосфере смеси газов, содержащей инертный газ и кислород, с ионной стимуляцией процесса осаждения покрытия потоком ионов, отличающийся тем, что покрытие осаждают на полимерную пленку при величине средней плотности тока магнетронного разряда на распыляемой поверхности мишени 180-200 А/м2 и ионной стимуляции процесса осаждения покрытия потоком ионов с энергией 20-40 эВ в две стадии: сначала в смеси газов, содержащей 20-22 об.% кислорода, затем в смеси газов, содержащей кислорода не менее 60 об.%, при условии выполнения следующего соотношения t1:t2=2-3, где t1 - время проведения первой стадии осаждения покрытия; t2 - время проведения второй стадии осаждения покрытия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения фотокаталитически активных покрытий методом магнетронного реактивного распыления. .

Изобретение относится к способу формирования бритвенного лезвия. .

Изобретение относится к подложкодержателю и установке для нанесения покрытий методом магнетронного распыления. .

Изобретение относится к технологии получения тонких пленок, в частности сегнетоэлектрических пленок на основе сложных оксидов, и может быть использовано для создания многокомпонентных пленочных покрытий с заданным стехиометрическим составом.
Изобретение относится к получению износостойких тугоплавких покрытий и может быть использовано в машиностроительной и добывающей промышленности, в инструментальном и ремонтном производствах для упрочнения поверхности инструмента и пар трения.
Изобретение относится к получению покрытий на основе сложных нитридов и может быть использовано в горнодобывающей, нефтяной и машиностроительной промышленности для нанесения покрытий на инструменты, клапаны, эксцентрики, втулки и т.д.

Изобретение относится к области нанесения каталитических оксидных покрытий и может быть использовано при изготовлении электродных материалов для комплексной очистки воды и стоков, для производства хлора и хлорсодержащих соединений.
Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к области изготовления прозрачных тонкопленочных теплозащитных покрытий, а именно способам нанесения покрытий методом реактивного магнетронного распыления на прозрачные полимерные подложки, такие как органические стекла или полимерные пленки.

Изобретение относится к способам формирования композитных твердых смазочных покрытий на рабочих поверхностях узлов трения, работающих в экстремальных условиях эксплуатации: при высоких контактных давлениях, в криогенной среде и в вакууме, при фреттинг-коррозии.

Изобретение относится к способу изготовления фильтрующих элементов и поворотному приспособлению для его осуществления. .

Изобретение относится к защитному элементу для защищенной от подделки бумаги, банкнот, удостоверений личности или иных аналогичных документов, к защищенной от подделки бумаге и ценному документу с таким защитным элементом, а также способу их изготовления.

Изобретение относится к способу получения бесконечных полых профилированных изделий из полимеров, в частности полимерных труб. .

Изобретение относится к вакуумной технологии нанесения пленок и покрытий металлов и сплавов на полимерные материалы. .

Изобретение относится к области фильтрации жидкостей, а именно к конструкциям фильтрующих элементов и способам их изготовления, и может быть использовано для очистки технических, пищевых жидкостей и воды.

Изобретение относится к отражающим пластмассовым пленкам, пропускающим свет и сохраняющим свойства в течение длительного времени. .
Изобретение относится к модификации поверхностных свойств тканых и нетканых текстильных материалов методом магнетронного распыления и может быть использовано для изготовления материалов, обладающих электрической проводимостью и экранирующих электромагнитное излучение. Способ включает вакуумирование и нанесение тонкого металлического слоя методом магнетронного распыления на полимерную пленку, которую затем склеивают с текстильной тканью металлическим слоем вовнутрь или наружу, а вакуумирование полимерной пленки осуществляют до давления (1-10)×10-5 мм рт.ст. Обеспечиваются условия для создания на текстильном материале из любых нитей и волокон сплошного металлического слоя, обладающего электрической проводимостью и экранирующими свойствами. 3 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области получения и производства фильтрующих материалов для очистки воздуха промышленных помещений на основе полимерных волокон, обладающих антибиотическими свойствами. Осуществляют синтез полимера на фильтрующем материале в низкотемпературной плазме тлеющего разряда в парах адамантана. Вначале камеру с фильтрующим материалом вакуумируют, подают аргон и проводят газоразрядную очистку материала. После очистки камеру вновь вакуумируют и напускают пары адамантана с последующим зажиганием тлеющего разряда для получения тонкого покрытия на поверхности материала. Изобретение позволяет придать поверхности фильтрующего материала антибиотические (антифунгальные) свойства. 1 пр.

Изобретение относится к вакуумной технологии, а именно к технологии изготовления многослойных функциональных покрытий для органических подложек, в том числе упрочняющих теплоотражающих просветляющих покрытий для прозрачных пластиковых изделий, например для экранов средств индивидуальной защиты, методом магнетронного распыления. Способ получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия для прозрачного пластикового изделия включает формирование подслоя, нанесение теплоотражающего слоя оксида олова SnO2 и нанесение просветляющего слоя диоксида кремния SiO2. Упомянутые слои наносят магнетронным распылением в среде аргона и кислорода. В качестве подслоя наносят упрочняющий адгезионный слой оксида кремния SiOx, при 1,5≤x<2,0, толщной (2,7-3,3)·λ0/4, где λ0=550нм, теплоотражающий слой оксида олова SnO2 наносят толщиной(3,6-4,4)·λ0/4 и просветляющий слой диоксида кремния SiO2 - толщиной (0,9-1,1)·λ0/4. Обеспечивается повышение механической прочности на истирание упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия. 2 ил., 3пр.

Изобретение относится к области биомедицины, в частности к способу получения гибридных металлополимеров (софт-полимеры), которые могут быть использованы в качестве экологически безопасных биомиметических полимеров с управляемыми процессами физиологической электропроводности, а также для создания наноразмерных устройств биомолекулярной электроники. Образец из полимерного материала помещают в вакуумную камеру с магнетронным разрядным устройством. Подают в устройство аргон и производят генерацию аргоно-металлической плазмы. Осуществляют активацию поверхности полимера и осаждение на нее наноструктурированного металлического покрытия. В качестве полимерного материала используют биодеградируемый материал, представляющий собой полиаминокислоту, ковалентно связанную с циклофосфазеном. Осаждение покрытия производят в плазме импульсного магнетронного разряда с напряжением горения 400-700 В, током 1-10 А, длительностью импульса 1-20 мс и количеством импульсов 1-100. Реализация способа позволит создать экологически чистую технологию получения биомиметических гибридных наноструктурированных металлополимеров с управляемой структурой металлопокрытия и управляемыми процессами физиологической электропроводности. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления. Проводят реактивное магнетронное распыление металлической мишени в атмосфере газовой смеси инертного и реактивного газов с осаждением упомянутого покрытия на полимерную пленку. В качестве металлической мишени используют мишень из сплава индия и олова. На полимерную пленку проводят осаждение покрытия из оксида индия, легированного оловом, с постоянной скоростью, которую обеспечивают за счет поддержания постоянной разницы между величинами суммарного давления упомянутой газовой смеси до начала реактивного магнетронного распыления металлической мишени и суммарного давления газовой смеси в процессе осаждения покрытия. Причем указанную разницу поддерживают постоянной путем регулирования расхода реактивного газа, в качестве которого используют газ, выбранный из группы, включающей кислород, воздух и углекислый газ. Обеспечивается уменьшение разброса оптико-физических характеристик электропроводящего прозрачного покрытия при высоком светопропускании и снижение удельного сопротивления. 1 табл., 8 пр.
Наверх