过滤阴极电弧法制备高性能BaSnO3基透明导电薄膜的制作方法

过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜
技术领域
1.本发明涉及显示材料技术领域，特别涉及过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜。


背景技术：

2.透明导电氧化物(tco)薄膜，如常见的in2o3和zno及其掺杂体系薄膜，能作为平板显示器中薄膜晶体管(tfts)的有源层和电极层，本征或la、gd掺杂的basno3(bto、blto、bgto)单晶的电子迁移率(200cm2/v.s)，比zno和in2o3单晶的电子迁移率(100cm2/v.s)要高，且ba、sn等金属元素比稀有金属in元素在地表的含量丰富，用分子束外延(mbe)或脉冲激光沉积(pld)方法在高于900℃工艺温度下，在钙钛矿结构衬底外延制备的bto基薄膜，具有高达104s/cm的电导率，以其为电极层和高阻的bto基薄膜为有源层的tfts具有良好的性能。但这些制备方法和工艺条件较难在低熔点的玻璃和塑料基底大面积制备薄膜，且mbe和pld的沉积速率偏低，对于大面积廉价制备透明导电氧化物薄膜需要高生长速率。然而对于大部分薄膜生长技术，薄膜质量随着生长速率提高而变差。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜，可以有解决了现有技术中存在的问题：针对现有mbe和pld法制备高性能bto基tco薄膜的工艺温度偏高、沉积速率偏低、衬底受限，难以面向大面积制备，用磁控溅射(ms)法在玻璃等非晶态结构基底难以获得高结晶性高性能bto基tco薄膜，工艺温度偏高。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
5.过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜，包括以下步骤：
6.s1、在玻璃或塑料基底制备多晶basno3薄膜，可以作为薄膜晶体管的绝缘层应用；
7.s2、在玻璃或塑料基底制备多晶balasnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用；
8.s3、在玻璃或塑料基底制备多晶bagdsnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用；
9.s4、制备basno3、balasnox、bagdsnox多晶薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层应用；
10.s5、根据s2和s3产物相结合制备得到高性能的顶栅结构tfts；
11.s6、根据s1和s4产物相结合制备得到高性能的顶栅结构tfts。
12.作为一种优选的技术方案，所述s1中用过滤阴极电弧法，以basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶basno3薄膜，可以作为薄膜晶体管的绝缘层应用。
13.作为一种优选的技术方案，所述s2中用过滤阴极电弧法，以10％原子比la掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶
balasnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用。
14.作为一种优选的技术方案，所述s3中用过滤阴极电弧法，以10％原子比gd掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶bagdsnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用。
15.作为一种优选的技术方案，所述s4中用过滤阴极电弧法，以在玻璃或塑料基底制备的多晶ag薄膜150nmag膜为结晶诱导层，再分别以basn(摩尔比1:1)合金、10％原子比la掺杂basn(摩尔比1:1)合金、10％原子比gd掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，制备basno3、balasnox、bagdsnox多晶薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层应用。
16.作为一种优选的技术方案，所述s5中用fcad方法，结合光刻、刻蚀工艺，用以s1制备的basno3薄膜为绝缘层，分别以s2和s3制备的balasnox、bagdsnox多晶薄膜为有源层或电极层，制备得到高性能的顶栅结构tfts。
17.作为一种优选的技术方案，所述s6中用fcad方法，结合光刻、刻蚀工艺，用以s1制备的basno3薄膜为绝缘层，分别以s4制备的balasnox、bagdsnox多晶薄膜为有源层或电极层，制备得到高性能的顶栅结构tfts。
18.作为一种优选的技术方案，所述多晶ag薄膜的结晶诱导，在玻璃或塑料基底，在低温(室温-400℃)下获得高结晶质量的bto、blto、bgdto薄膜。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.本发明利用过滤阴极电弧沉积法的高沉积速率，结合多晶ag薄膜的结晶诱导，在玻璃或塑料基底，在低温(室温-400℃)下获得高结晶质量的bto、blto、bgdto薄膜，bto薄膜可作为tfts的绝缘层，blto、bgdto薄膜可作为tfts的电极层和有源层，结合光刻、刻蚀工艺，用fcad法制备得到高性能的bto基tfts。
附图说明
21.图1为本发明过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜的顶栅结构tft示意；
22.图2为本发明过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜的ag诱导制备多晶bto基薄膜示意图；
23.图3为本发明过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜的加ag结晶诱导层的顶栅结构tft示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
25.如图1-3所示的过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜，包括以下步骤：
26.s1、在玻璃或塑料基底制备多晶basno3薄膜，可以作为薄膜晶体管的绝缘层应用；
27.s2、在玻璃或塑料基底制备多晶balasnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用；
28.s3、在玻璃或塑料基底制备多晶bagdsnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用；
29.s4、制备basno3、balasnox、bagdsnox多晶薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层应用；
30.s5、根据s2和s3产物相结合制备得到高性能的顶栅结构tfts；
31.s6、根据s1和s4产物相结合制备得到高性能的顶栅结构tfts。
32.作为一种优选的技术方案，所述s1中用过滤阴极电弧法，以basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶basno3薄膜，可以作为薄膜晶体管的绝缘层应用。
33.作为一种优选的技术方案，所述s2中用过滤阴极电弧法，以10％原子比la掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶balasnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用。
34.作为一种优选的技术方案，所述s3中用过滤阴极电弧法，以10％原子比gd掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，在玻璃或塑料基底制备多晶bagdsnox薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层和电极层应用。
35.作为一种优选的技术方案，所述s4中用过滤阴极电弧法，以在玻璃或塑料基底制备的多晶ag薄膜150nmag膜为结晶诱导层，再分别以basn(摩尔比1:1)合金、10％原子比la掺杂basn(摩尔比1:1)合金、10％原子比gd掺杂basn(摩尔比1:1)合金为靶材，在低工艺温度(＜400℃)，制备basno3、balasnox、bagdsnox多晶薄膜，可以作为薄膜晶体管的有源层应用。
36.作为一种优选的技术方案，所述s5中用fcad方法，结合光刻、刻蚀工艺，用以s1制备的basno3薄膜为绝缘层，分别以s2和s3制备的balasnox、bagdsnox多晶薄膜为有源层或电极层，制备得到高性能的顶栅结构tfts。
37.作为一种优选的技术方案，所述s6中用fcad方法，结合光刻、刻蚀工艺，用以s1制备的basno3薄膜为绝缘层，分别以s4制备的balasnox、bagdsnox多晶薄膜为有源层或电极层，制备得到高性能的顶栅结构tfts。
38.作为一种优选的技术方案，所述多晶ag薄膜的结晶诱导，在玻璃或塑料基底，在低温(室温-400℃)下获得高结晶质量的bto、blto、bgdto薄膜。
39.需要说明的是，本发明过滤阴极电弧法制备高性能basno3基透明导电薄膜，以basn(摩尔比1:1)合金、10％原子比la或gd掺杂的basn合金为靶材，用过滤阴极电弧沉积法(fcad)在玻璃或塑料基底，低温(＜400℃)制备bto、blto、bgto薄膜，bto薄膜可以作为tft的绝缘层；blto薄膜可以作为tft的半导体(有源层)、导体(电极层)；bgto薄膜可以作为tft的半导体(有源层)、导体(电极层)，结合光刻、刻蚀工艺，用fcad法，在玻璃或塑料基底，制备顶栅结构tfts(图1)；见图2，用fcad法，在玻璃或塑料基底，以膜厚为150nm的多晶ag膜为结晶诱导层，再制备多晶bto、blto、bgdto薄膜，ag/bto、blto、bgdto多层薄膜，均可作为顶栅结构tft的半导体(有源层)，结合光刻、刻蚀工艺，用fcad法，在玻璃或塑料基底，制备顶栅结构tfts(图3)。
40.由于fcad法的高沉积速率，通过减小基片与阴极之间距离，可以获得高结晶质量的bto薄膜，可以提高薄膜的电子迁移率和电导率，提高tft的场效应迁移率。
41.la是bto薄膜的常用n型掺杂元素，通过fcad法制备，也将获得高结晶质量的blto薄膜，可以提高薄膜的电子迁移率和电导率，提高tft的场效应迁移率。
42.gd也是bto薄膜的常用n型掺杂元素，gd和la在元素周期表都为la系元素，核外电子排布和原子半径相似，分别为la：[xe]5d6s2、gd：[xe]4f75d6s2，gd原子核外比la多一层4f7电子，其5d6s2轨道上的3个电子相对于la原子核外的5d6s2轨道上的3个电子更容易失去，在同样掺杂浓度下，相比blto薄膜，bgdto薄膜更容易获得高电子浓度，通过fcad法制备，也将获得高结晶质量的bgdto薄膜，可以提高薄膜的电子迁移率和电导率，提高tft的场效应迁移率。
[0043]
bto属于钙钛矿结构材料，薄膜的结晶温度常大于650℃，非晶态薄膜属于绝缘体，可作为tft的绝缘层，多晶态薄膜的电子迁移率提高，电导率提高，才能作为tft的电极层和有源层，工业中tft各层薄膜的制备常在室温至400℃工艺温度，因此降低bto薄膜的结晶温度，使在低于400℃工艺温度下结晶，对bto薄膜作为tft的电极层和有源层应用很有意义。
[0044]
表1 bto与ag晶体相同的晶面和晶面间距
[0045][0046]
从表1可知，ag和bto材料有良好的晶格匹配性，两者共有7个完全相同的晶面和很相近的晶面间距，在低于400℃工艺温度下，很容易在玻璃基底获得具有多个结晶取向的ag膜，因此在多晶ag膜上生长，获得高结晶质量的bto、blto、bgdto薄膜，bto薄膜可作为tfts的绝缘层，blto、bgdto薄膜可作为tfts的电极层和有源层，结合光刻、刻蚀工艺，用fcad法制备得到高性能的bto基tfts。
[0047]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。