RU2812434C1 - Способ формирования прозрачных проводящих слоев - Google Patents
Способ формирования прозрачных проводящих слоев Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812434C1 RU2812434C1 RU2023126023A RU2023126023A RU2812434C1 RU 2812434 C1 RU2812434 C1 RU 2812434C1 RU 2023126023 A RU2023126023 A RU 2023126023A RU 2023126023 A RU2023126023 A RU 2023126023A RU 2812434 C1 RU2812434 C1 RU 2812434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- transparent conductive
- indium oxide
- conductive layers
- zinc
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 8
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу формирования прозрачных проводящих слоев на основе оксида индия, легированного цинком. Проводят магнетронное распыление композиционной мишени, состоящей из оксида индия и оксида цинка, и осаждение распыленного материала на подложку с формированием сплошной пленки. В процессе распыления периодически изменяют содержание кислорода в составе рабочего газа, при этом осаждение проводят на подложку, нагретую до температуры не более 100 °С. Обеспечивается формирование модулированной по толщине пленки, состоящей из чередующихся областей с высокой и низкой концентрацией кислородных вакансий. При этом многослойная модулированная структура на основе единого материала, ввиду отсутствия гетерограниц между единичными слоями, свободна от проблем, связанных с возникновением напряжений несоответствия. 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области магнетронного осаждения тонкопленочных прозрачных проводящих слоев на основе широкозонных оксидных материалов и направлено на увеличение их проводимости путем снижения рассеяния свободных носителей заряда на донорных центрах.
Проводимость прозрачных проводящих слоев, определяемая как σ=е n μ, где е - заряд электрона, а n и μ - концентрация и подвижность свободных носителей заряда имеет ограничения, связанные с тем, что с ростом концентрации свободных носителей выше некоторого предельного значения снижается их подвижность в следствие увеличения рассеяния на донорных центрах (J.R. Bellingham, W.A. Phillips, and С.J. Adkins, Intrinsic Performance Limits in Transparent Conducting Oxides, J. Mater. Sci. Lett., 11, pp. 263-265, Nov. 1992). Одним из возможных способов устранения этих ограничений является физическое разделение донорных центров, являющихся источником свободных носителей заряда и путей их транспортировки методом замены однородной пленки многослойной тонкопленочной структурой, состоящей из чередующихся ультратонких (2+5 нм) слоев с высокой концентрацией свободных носителей заряда и слоев с высокой их подвижностью (J.J. Robbins, С.A. Wolden, High mobility oxides: Engineered structures to overcome intrinsic performance limitations of transparent conducting oxides., Applied Physics Letters, Vol. 83, No 19, pp. 3933-3935, Nov. 2003). При этом для снижения рассеяния ключевое значение имеют качество единичных слоев и межслоевых интерфейсов, в частности необходимо обеспечить минимизацию дефектов в слоях и хорошее согласование решеток прилегающих слоев.
1. Известен способ получения прозрачных электродов путем формирования их в виде трехслойной структуры, состоящей из ультратонкого слоя проводящего металла, заключенного между двумя прозрачными оксидными слоями, в которой проводимость обеспечивается металлическим слоем, а оптимизированные оксидные слои обеспечивают увеличение оптического пропускания в видимом диапазоне (US Patent 5667853А «Multilayer conductive film, and transparent electrode substrate and liquid crystal device using the same». Однако прозрачность таких структур пока ниже прозрачности чисто оксидных слоев, а проблемы с травлением ограничивают область их применения формированием сплошного фронтального электрода.
2. Известен способ получения многослойных прозрачных проводящих структур, содержащих адгезионный слой, перколяционную сеть металлических нанонитей и слой прозрачного проводящего полимера, обеспечивающий однородность электрических характеристик по поверхности структуры (FR 2977712 A1 «Multilayer conductive transparent electrode and method for Manufacturing the same». К недостаткам таких структур также можно отнести низкое оптическое пропускание и сложность проведения фотолитографии высокого разрешениям.
Наиболее близким к предлагаемому является способ создания тонкопленочных периодических структур в системе In2О3/SnO2, основанный на последовательном осаждении слоев основного оксида и легирующей примеси, при котором по толщине слоя формируются области с различным содержанием легирующей примеси, однако из-за роста рассеяния на границах разнородных слоев сопротивление осажденных периодических структур было выше сопротивления единичных слоев ITO осажденных в идентичных условиях (Т. Suzuki, Т. Yamazaki, and Н. Oda, J. Mater. Sci. 23, 3026 (1988).
В предлагаемом решении разделение областей с высокой концентрацией свободных электронов и областей высокой их подвижностью происходит в единой ионной оксидной системе InО3 - ZnO путем программируемого периодического изменения содержания кислорода в составе рабочего газа в процессе вч- магнетронного распыления. В результате формируется модулированная по толщине пленка, состоящая из чередующихся областей с высокой и низкой концентрацией кислородных вакансий. При этом многослойная модулированная структура на основе единого материала, ввиду отсутствия гетерограниц между единичными слоями, свободна от проблем, связанных с возникновением напряжений несоответствия.
В качестве примера исполнения были синтезированы многослойные модулированные структуры при магнетронном распылении композиционной керамической мишени IZO на основе оксида индия с добавлением 10 весовых процентов оксида цинка (In2O3 (90 вес. %) + ZnO (10 вес. %)). Экспериментально были установлены режимы синтеза, при которых достигаются максимальные значения концентрации и подвижности носителей заряда в единичных слоях. Затем были определены оптимальные толщины единичных слоев, соответствующие минимальному удельному сопротивлению модулированной структуры. Оптимальная архитектура тонкопленочной структуры представляет собой 67 пар слоев, сформированных путем чередования слоев с расчетной толщиной около 4 нм, осажденных в атмосфере чистого аргона, со слоями толщиной 2 нм, осажденных в атмосфере газовой смеси Ar/O2 в соотношении 99.6/0.4.
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики единичных слоев и оптимизированной модулированной структуры.
Таблица 1
| Сравниваемые характеристики | Архитектура слоев | ||
| Одиночный слой, синтезированный в чистом аргоне | Одиночный слой, синтезированный в газовой смеси: Ar/O2 (99.6/0.4) | Оптимизированная модулированная структура: 67 пар слоев (2 нм/4 нм) | |
| Толщина, нм | 404 | 395 | 402 |
| Поверхн. сопротивление, Rпов. (Ом/квадрат) | 8.33 | 14.05 | 7.20 |
| Удельное сопротивление, ρ × 10-4 (Ом⋅см) | 3.37 | 5.55 | 2.89 |
| Подвижность, μ, см2/(В⋅с) | 26.30 | 39.18 | 38.90 |
| Концентрация, n, ×1020 см-3 | 7.14 | 2.87 | 5.58 |
| Среднее оптич. пропускание в диапазоне (400 нм ÷ 750 нм), Тср, (%) | 79.1 | 84.2 | 83.8 |
| Коэффициент качества, FOM = Tср 10/Rпов., Ом-1 | 11.5 × 10-3 | 12.75 × 10-3 | 23.72 × 10-3 |
Из данных, приведенных в таблице, видно, что оптимальная архитектура тонкопленочной структуры обеспечивает сохранение высокой подвижности носителей заряда (μ = 38.90 см2/(В⋅с)), характерной для слоев, синтезированных в атмосфере газовой смеси аргона и кислорода в соотношении 99.6/0.4, при относительно высокой их концентрации (n = 5.58 × 1020 см-3), близкой к значению, достигнутому в слоях, синтезированных в атмосфере чистого аргона. При этом коэффициент качества, определяемый как FOM = T ср 10 /R пов. , в оптимизированной тонкопленочной периодической структуре вырос почти вдвое по отношению к значению этого параметра в одиночных слоях, что определяет их высокий прикладной потенциал.
Claims (1)
- Способ формирования прозрачных проводящих слоев на основе оксида индия, легированного цинком, включающий магнетронное распыление композиционной мишени, состоящей из оксида индия и оксида цинка, осаждение распыленного материала на подложку с формированием сплошной пленки, отличающийся тем, что в процессе распыления периодически изменяют содержание кислорода в составе рабочего газа, при этом осаждение проводят на подложку, нагретую до температуры не более 100 °С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812434C1 true RU2812434C1 (ru) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1397661A (zh) * | 2001-06-26 | 2003-02-19 | 三井金属矿业株式会社 | 高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法 |
| RU2380455C2 (ru) * | 2005-06-28 | 2010-01-27 | Ниппон Майнинг Энд Металз Ко., Лтд. | Распыляемая мишень на основе оксид галлия-оксид цинка, способ формирования прозрачной проводящей пленки и прозрачная проводящая пленка |
| RU2389824C2 (ru) * | 2005-12-08 | 2010-05-20 | Ниппон Майнинг Энд Металз Ко., Лтд. | Галлийоксид/цинкоксидная распыляемая мишень, способ формирования прозрачной электропроводной пленки и прозрачная электропроводная пленка |
| RU2467851C2 (ru) * | 2006-02-23 | 2012-11-27 | Пикодеон Лтд Ой | Солнечный элемент и способ и система для его изготовления |
| US8845866B2 (en) * | 2005-12-22 | 2014-09-30 | General Electric Company | Optoelectronic devices having electrode films and methods and system for manufacturing the same |
| RU2732134C2 (ru) * | 2015-12-11 | 2020-09-11 | Михилс Груп | Способ производства полимерной подложки с покрытием, имеющей низкую эмиссионную способность |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1397661A (zh) * | 2001-06-26 | 2003-02-19 | 三井金属矿业株式会社 | 高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法 |
| RU2380455C2 (ru) * | 2005-06-28 | 2010-01-27 | Ниппон Майнинг Энд Металз Ко., Лтд. | Распыляемая мишень на основе оксид галлия-оксид цинка, способ формирования прозрачной проводящей пленки и прозрачная проводящая пленка |
| RU2389824C2 (ru) * | 2005-12-08 | 2010-05-20 | Ниппон Майнинг Энд Металз Ко., Лтд. | Галлийоксид/цинкоксидная распыляемая мишень, способ формирования прозрачной электропроводной пленки и прозрачная электропроводная пленка |
| US8845866B2 (en) * | 2005-12-22 | 2014-09-30 | General Electric Company | Optoelectronic devices having electrode films and methods and system for manufacturing the same |
| RU2467851C2 (ru) * | 2006-02-23 | 2012-11-27 | Пикодеон Лтд Ой | Солнечный элемент и способ и система для его изготовления |
| RU2732134C2 (ru) * | 2015-12-11 | 2020-09-11 | Михилс Груп | Способ производства полимерной подложки с покрытием, имеющей низкую эмиссионную способность |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mallick et al. | Revisiting the electrical and optical transmission properties of co-doped ZnO thin films as n-type TCOs | |
| JP5005772B2 (ja) | 導電性積層体およびその製造方法 | |
| EP1981036A1 (en) | Transparent electroconductive film and process for producing transparent electroconductive film | |
| El Hajj et al. | Optimization of ZnO/Ag/ZnO multilayer electrodes obtained by Ion Beam Sputtering for optoelectronic devices | |
| WO2010021106A1 (ja) | 半導体装置、半導体装置の製造方法、トランジスタ基板、発光装置、および、表示装置 | |
| US10366803B2 (en) | Metal oxide thin film, method for depositing metal oxide thin film and device comprising metal oxide thin film | |
| KR20070057075A (ko) | 투명도전막과 그 제조방법 및 투명도전성 기재, 발광디바이스 | |
| US20090269588A1 (en) | Transparent conductive film and method of producing transparent conductive film | |
| KR101449258B1 (ko) | 산화물 기반의 고 유연성 투명전극 | |
| KR100986173B1 (ko) | 박막 트랜지스터 | |
| US7514023B2 (en) | Electrically conductive material | |
| RU2812434C1 (ru) | Способ формирования прозрачных проводящих слоев | |
| KR101884643B1 (ko) | 아연이 도핑된 주석산화물계 투명 전도성 산화물, 이를 이용한 다층 투명 전도막 및 그 제조 방법 | |
| KR100982129B1 (ko) | 산화아연계 박막 및 그 제조방법 | |
| KR102164629B1 (ko) | 복합체 투명 전극 | |
| Liu et al. | High photoelectric performance of Cu-based AZO multilayer films deposited via TiO2 barrier layer and oxygen-containing atmosphere | |
| JP4358251B2 (ja) | 高抵抗化スズドープ酸化インジウム膜の成膜方法 | |
| Adurodija et al. | The electro-optical properties of amorphous indium tin oxide films prepared at room temperature by pulsed laser deposition | |
| Abe et al. | Transparent conductive film having sandwich structure of gallium–indium-oxide/silver/gallium–indium-oxide | |
| KR101005973B1 (ko) | 도전 적층체 및 이의 제조방법 | |
| KR101067763B1 (ko) | 은이 도핑된 투명 주석산화막의 제조방법 | |
| Kawamura et al. | Indium-saving effect and physical properties of transparent conductive multilayers | |
| JP4079457B2 (ja) | インジウム−スズ酸化物膜の高抵抗化方法 | |
| JPH09234816A (ja) | 透明導電性積層体 | |
| KR102223358B1 (ko) | 다공성 텔루르화전이금속 박막 및 이의 제조방법 |