一種透明導電薄膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明基于薄膜光學中誘導透射濾光片的原理，提出一種氧化物-金屬-氧化物三明治結構的透明導電薄膜用于銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管(IGZOTFT)電極(包括源極、漏極和柵極)。透明導電薄膜的氧化物層采用銦鎵鋅氧化物(IGZO)和錳氧化物復合層，金屬層采用金屬銅(Cu)；錳氧化物在金屬銅層和銦鎵鋅氧化物層之間，增加銅層和銦鎵鋅氧化物層的粘附性并阻止銅向銦鎵鋅氧化物層擴散。本發(fā)明中提出的透明導電薄膜用作IGZOTFT的源極、漏極和柵極時，透明導電薄膜能夠與IGZOTFT的有源層形成接觸電阻低的歐姆接觸，并且使IGZOTFT具有良好的透光性和電特性。
【專利說明】—種透明導電薄膜
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及平板顯示技術、薄膜太陽能電池、薄膜晶體管等【技術領域】，尤其涉及一種透明導電薄膜。
[0002]發(fā)明背景:
TFT (Thin Film Transistor,薄膜晶體管)_LCD (Liquid Crystal Display,液晶顯不器)和 AMOLED (Active Matrix/Organic Light Emitting Diode,有源矩陣有機發(fā)光二極體面板)是目前及未來的主流顯示技術，都屬于有源驅動顯示器，其面板結構包含三個主要部件:顯示單元、陣列背板和載體基板。TFT陣列背板是有源驅動顯示器的核心部件。有源驅動顯示器上的每一像素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動，從而實現(xiàn)高速度、高亮度、高對比度的信息顯示。
[0003]透明顯示技術是將TFT-1XD和AMOLED等顯示屏做成透明顯示屏，這是未來顯示技術的發(fā)展方向之一。對于透明顯示技術的陣列背板必須要有透明的要求。銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管因為氧化物的透明性而取代硅基薄膜晶體管成為透明顯示技術的主流背板技術。對于透明的銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的電極通常采用ITO (Indium Tin Oxides,氧化銦和氧化錫的混合物)薄膜。雖然ITO薄膜具有較高的可見光透過率和較好的導電性，但對于大尺寸、高分辨率及透明顯示器來說，使用精細ITO薄膜做成的電極的電阻率變得較高；另外其用于薄膜晶體管電極時不能形成接觸電阻低的歐姆接觸，影響了薄膜晶體管的電特性。
[0004]
【發(fā)明內容】
:
本發(fā)明提出的透明導電薄膜結構為氧化物-金屬-氧化物，氧化物層為復合層，由銦鎵鋅氧化物層和錳氧化物層組成，透明導電薄膜由第一銦鎵鋅氧化物層、第一錳氧化物層、銅金屬層、第二錳氧化物層及第二銦鎵鋅氧化物層構成。第一銦鎵鋅氧化物層、第一錳氧化物層、第二錳氧化物層及第二銦鎵鋅氧化物層都在可見光區(qū)透明；銅金屬層具有良好的導電性，但銅金屬層的可見光透過率很小。利用誘導透射原理，設計誘導透射濾光片結構，選擇各層薄膜的材料及其厚度，實現(xiàn)既透明又導電的薄膜電極。其中:第一銦鎵鋅氧化物層厚度為45nm-50nm,第二銦鎵鋅氧化層的厚度為30nm_35nm ;銅金屬層的厚度為10nm_15nm ;第一錳氧化物層和第二錳氧化物層的厚度均為3nm-5nm。本發(fā)明的透明導電薄膜用作銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管(oxide TFT)的源極、漏極時，第二銦鎵鋅氧化物層同時作為該薄膜晶體管的有源層，能夠使源極和漏極與氧化物薄膜晶體管的有源層形成接觸電阻低的歐姆接觸，從而制作全透明、高性能的銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管器件。
[0005]上述銦鎵鋅氧化物層、錳氧化物層及銅金屬層的制備工藝采用磁控濺射方法，其中:制備銦鎵鋅氧化物層所選用的靶材為單一的銦鎵鋅氧化物靶材(銦鎵鋅氧摩爾比為1:1:1:4),射頻濺射；錳氧化物層通過高純錳靶直流濺射制備錳膜，然后在氧氣環(huán)境中高溫退火獲得；制備銅金屬層所選用的靶材為高純度的銅靶，直流濺射?；局苽錀l件如下:
銦鎵鋅氧化物層
(1).本底真空度:KT3Pa?KT4Pa
(2).工作氣壓:0.5Pa?3Pa(3).濺射功率:100W~300W
(4).濺射速率:0.1nm/秒~0.5nm/秒
(5).襯底溫度:室溫 錳氧化物層
1.猛I吳制備
(1).本底真空度10-3Pa~10_4Pa
(2).工作氣壓0.5Pa~3Pa
(3).濺射功率:100W~300W
(4).派射速率:0.5nm/秒~lnm/秒
(5).襯底溫度:室溫
2.錳膜有氧退火為 錳氧化物薄膜
(1).本底真空度:KT3Pa~KT4Pa
(2).退火工作氣壓:2Pa~5Pa
(3).通氧量:20sccm - 40sccm
(4).退火溫度:25(T350°C 金屬銅層
(1).本底真空度:KT4Pa~KT5Pa
(2).工作氣壓:0.5Pa~3Pa
(3).濺射功率:100W~300W
(4).濺射速率:0.5nm/秒~2nm/秒
(5).襯底溫度:室溫
本發(fā)明中提出的氧化物-金屬-氧化物三明治結構的透明導電薄膜的電阻率比ITO的電阻率低，也具有較好的可見光透過率，用于銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的電極時，源、漏電極與氧化物薄膜晶體管的有源層能形成接觸電阻低的歐姆接觸，且銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管具有良好的透光性和電特性。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明中的氧化物-金屬-氧化物透明導電薄膜電極結構示意圖；
圖2是本發(fā)明中的透明導電薄膜電極作為源極、漏極和柵極時的銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管結構示意圖。
[0007]
【具體實施方式】
[0008]以下結合圖示和實例來進一步介紹:
本發(fā)明中銦鎵鋅氧化物為非晶InGaZnO4薄膜，均采用磁控射頻濺射方式制備，銦鎵鋅氧化物(In:Ga:Zn:O摩爾比為1:1:1:4).靶材作為薄膜原材料；錳氧化物為MnO或MnO2或Mn3O4薄膜，均通過高純錳靶材直流濺射制備錳膜，然后在氧氣環(huán)境中高溫退火獲得；銅金屬層采用磁控直流濺射方法制備，高純度銅靶作為薄膜原材料。
[0009]本發(fā)明提出的透明導電薄膜的一個應用實例是用作銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的電極(源極、柵極、漏極)，從而制作透明的銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管器件，如圖2所示。InGaZnO4薄膜1、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜2、銅金屬層3、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜4及InGaZnO4薄膜5構成了誘導透射濾光片結構，其既具有透明特性，又具有很好的導電性。該透明導電薄膜用于銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的源極、漏極時，InGaZnO4薄膜5同時作為薄膜晶體管的有源層。MnO或MnO2或Mn3O4薄膜增強了銅層和InGaZnO4薄膜的粘附性且抑制了銅向InGaZnO4薄膜的擴散；另外，MnO或MnO2或Mn3O4薄膜的存在有利于透明的源、漏電極與薄膜晶體管的有源層形成接觸電阻低的歐姆接觸。InGaZnO4I厚度為45nm-50nm,銅金屬層 3 厚度為 10nm-15nm, InGaZnO4 薄膜 5 厚度為 30nm-35nm。MnO 或 MnO2 或 Mn3O4 薄膜 2、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜4的厚度均為3nm_5nm ;薄膜晶體管的柵絕緣層6采用200 nm厚的SiO2薄膜，SiO2薄膜通過等離子體增強化學氣相沉積技術制備。玻璃或者塑料作為薄膜晶體管的襯底材料7。塑料基底包括聚酰亞胺(PI)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PEN)及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
[0010]通過薄膜設計軟件計算，以玻璃為基底的薄膜晶體管的可見光平均透過率為80%，薄膜晶體管具有良好的透光性；另外由于MnO或MnO2或Mn3O4薄膜抑制了銅向有源層的擴散以及源、漏電極與有源層間形成的低電阻歐姆接觸，薄膜晶體管具有良好的電特性。
[0011]本發(fā)明的特點和有益效果如下:
1.透明導電薄膜采用銦鎵鋅氧化物層(45nm-50nm)/猛氧化物層(3nm_5nm)/銅金屬層(10nm-15nm)/猛氧化物層(3nm_5nm)/銦鎵鋅氧化物層(30nm_35nm)五層薄膜復合結構；
2.銅層和銦鎵鋅氧化物薄膜間增加錳氧化物薄膜，可以起到增強銅層和銦鎵鋅氧化物薄膜的粘附性且抑制銅向銦鎵鋅氧化物薄膜擴散的作用；
3.銦鎵鋅氧化物薄膜既作為電極結構的一部分又作為薄膜晶體管的有源層；
4.發(fā)明的透明導電薄膜作為銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的源、漏極時透明導電薄膜結構中的錳氧化物薄膜有利于源、漏電極與薄膜晶體管的有源層形成接觸電阻低的歐姆接觸；
5.發(fā)明的透明導電薄膜作為銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的源、漏、柵極時薄膜晶體管具有良好的透光性和電特性。
【權利要求】
1.一種透明導電薄膜，其特征在于，所述透明導電薄膜包括:第一銦鎵鋅氧化物層、第一錳氧化物層、銅金屬層、第二錳氧化物層及第二銦鎵鋅氧化物層依次排列。
2.根據(jù)權利要求1中所述的透明導電薄膜，其特征在于，所述第一銦鎵鋅氧化物層厚度為45nm-50nm,所述第二銦鎵鋅氧化物層厚度為30nm-35nm,所述銅金屬層厚度為10nm-15nm,所述第一猛氧化物層和所述第二猛氧化物層的厚度均為3nm_5nm。
3.根據(jù)權利要求1中所述的透明導電薄膜，其特征在于，所述透明導電薄膜作為銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管(oxide TFT)的源極、漏極和/或柵極使用。
4.根據(jù)權利要求3中所述的透明導電薄膜，其特征是在于，當所述透明導電薄膜用作銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的源極和漏極時，所述第二銦鎵鋅氧化物薄膜同時作為所述銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的有源層使用。
5.根據(jù)權利要求1~4中任意一項所述的透明導電薄膜，其特征在于，所述第一銦鎵鋅氧化物層和所述第二銦鎵鋅氧化物物層采用磁控射頻濺射方法進行制備，制備條件包括: 本底真空度:I(T3Pa~I(T4Pa; 工作氣壓:0.5Pa~3Pa ； 濺射功率:100W~300W ； 派射速率:0.1nm/秒~0.5nm/秒； 襯底溫度:室溫。
6.根據(jù)權利要求1~4中任意一項所述的透明導電薄膜，其特征在于，所述錳氧化物層通過高純錳靶直流濺射制備·錳膜，然后在氧氣環(huán)境中高溫退火獲得；制備條件包括: 1.猛I吳制備 (1).本底真空度:1O-3Pa~IO-4Pa； (2).工作氣壓:0.5Pa~3Pa ; (3).濺射功率:100W~300W; ⑷.派射速率:0.5nm/秒~lnm/秒； (5).襯底溫度:室溫； 2.錳膜有氧退火為錳氧化物薄膜 (1).本底真空度:KT3Pa~KT4Pa; (2).退火工作氣壓:2Pa~5Pa; (3).通氧量:20sccm- 40sccm ； (4).退火溫度:250^3500C ο
7.根據(jù)權利要求1~4中任意一項所述的透明導電薄膜，其特征在于，所述銅金屬層采用磁控直流濺射方法進行制備，制備條件包括: 本底真空度:10_4Pa~10_5Pa; 工作氣壓:0.5Pa~3Pa ； 濺射功率:100W~300W ； 濺射速率:0.5nm/秒~2nm/秒； 襯底溫度:室溫。
8.—種銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管，其特征在于，源極、漏極和/或柵極采用權利要求1-4之一的透明導電薄膜制成。
【文檔編號】H01L29/45GK103594498SQ201310642530
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權日:2013年12月3日
【發(fā)明者】喻志農, 李旭遠, 張世玉, 蔣玉蓉, 薛唯 申請人:北京理工大學