过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜的制作方法

1.本发明涉及显示材料技术领域，具体为一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜。


背景技术：

2.透明导电氧化物薄膜，如常见的in2o3、zno、sno2以及它们的掺杂体系薄膜，能作为平板显示器中薄膜晶体管的有源层(高电阻值)和电极层(低电阻值)材料，而得到了广泛的研究和应用。
3.tco薄膜的成分、结构、光电性能、化学稳定性等均与薄膜制备方法和工艺条件密切相关。tco薄膜的制备方法多样，主要包括磁控溅射，化学气相沉积，脉冲激光沉积，喷射热解法，溶胶凝胶法，热蒸发以及过滤阴极电弧法等。
4.fcad制备薄膜过程通常是首先在阴极靶材表面产生并激发出等离子体，然后利用磁控弯管过滤不带电的大颗粒粒子，经过滤后具有一定能量的等离子体到达衬底表面并冷凝成膜。近年来，fcad已经被用来制备各类高质量的tco薄膜，包括ito、azo、sno2、znsnox、zno、incdo等。
5.与制备高质量tco薄膜使用的pld方法相比，fcad产生相似能量的等离子，所制备的tco薄膜性能较相近，但是fcad设备更简单、成本更低、并能制备大面积的均匀薄膜。与磁控溅射方法相比，fcad的粒子离化率较高，等离子能量较高，可在较低温度下制备出具有较优异性能的薄膜。与磁控溅射方法不同，fcad制备薄膜过程中等离子体平均能量约为40ev，这一能量有利于薄膜生长但不会对薄膜表面产生有害轰击；而磁控溅射易产生高能量的负离子，这些负离子能量最高能达到几百电子伏特，在电场加速作用下高速轰击薄膜表面，将对薄膜表面产生明显破坏，从而导致薄膜整体性能严重下降，为此我们提出了一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，具备具有沉积速率快、衬底温度较低、膜基结合好、成分易精确调节、工艺重复性较好、可大面积沉积等优点，且所制备的薄膜表面平整度好、厚度均匀、掺杂均匀等优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。
8.(二)技术方案
9.本发明提供如下技术方案：一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，包括基底和有源层，所述有源层与基底的一侧固定，所述有源层顶部的两侧分别固定设有源极和漏极，所述源极和漏极之间固定设有绝缘层，所述绝缘层的顶部固定设有栅极。
10.优选的，在普通玻璃或塑料基底，用fcad制备，以al掺杂4％原子比的alzn合金为阴极靶材，通氧气反应，温度在室温～400℃。
11.优选的，在普通玻璃或塑料基底，有源层采用以fcad制备的zno薄膜(高电阻值)，以zn为阴极靶材，通氧气反应，温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用权利要求1中制备的alzno薄膜(电阻值≤500ω/
□
)。
12.优选的，在普通玻璃或塑料基底，用fcad制备，以sb掺杂10％原子比的sbsn合金为阴极靶材，通氧气反应，基底温度在室温～400℃。
13.优选的，在普通玻璃或塑料基底，有源层采用以fcad制备的sno2薄膜(高电阻值)，以sn为阴极靶材，通氧气反应，温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用权利要求3中制备的sbsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)。
14.优选的，在普通玻璃或塑料基底，有源层采用权利要求3中的sbsno2薄膜(高电阻值)，栅极、源极和漏极采用权利要求3中制备的sbsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)。
15.优选的，在普通玻璃或塑料基底，采用fcad制备，以ta掺杂4％原子比的tasn合金为阴极靶材，通氧气反应，基底温度在室温～400℃。
16.优选的，在普通玻璃或塑料基底，有源层采用权利要求6中的tasno2薄膜(高电阻值)，栅极、源极和漏极采用权利要求6中制备的tasno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)。
17.优选的，在普通玻璃或塑料基底，采用fcad制备，以w掺杂3％原子比的wsn合金为阴极靶材，通氧气反应，基底温度在室温～400℃。
18.优选的，在普通玻璃或塑料基底，有源层采用权利要求8中的wsno2薄膜(高电阻值)，栅极、源极和漏极采用权利要求8中制备的wsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)。
19.与现有技术相比，本发明提供了一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，具备以下有益效果：
20.1、该过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，首先，公开了一种高性能znotft的制备方法，其有源层和电极层分别采用以fcad在低温制备的zno和alzno薄膜。其次，公开了几种sno2基tfts的制备工艺，其有源层可分别采用fcad在低温制备的高阻sno2、sb或ta或w掺杂的sno2薄膜，其电极层可分别采用fcad在低温制备的低阻sb或ta或w掺杂的sno2薄膜。
21.2、该过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，过滤阴极电弧法具有高沉积速率和高离子能量的优点，可以制备高结晶质量、高致密度、优异光电性能和化学稳定性的透明导电薄膜。
附图说明
22.图1为本发明顶栅结构tft示意图。
23.其中：1、基底；2、有源层；3、源极；4、漏极；5、绝缘层；6、栅极。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1，一种过滤阴极电弧法制备的高性能透明导电薄膜，包括基底1和有源
层2，有源层2与基底1的一侧固定，有源层2顶部的两侧分别固定设有源极3和漏极4，源极3和漏极4之间固定设有绝缘层5，绝缘层5的顶部固定设有栅极6。
26.实施例1
27.如图1所示的tft中：其有源层采用以fcad制备的zno薄膜(高电阻值)，以zn为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用以fcad制备的alzno薄膜(电阻值≤500ω/
□
)，以al掺杂4％原子比的alzn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃。
28.实施例2
29.如图1所示的tft中：其有源层采用以fcad制备的sno2薄膜(高电阻值)，以sn为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用以fcad制备的sbsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)，以sb掺杂10％原子比的sbsn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃。
30.实施例3
31.如图1所示的tft中：其有源层采用以fcad制备的sbsno2薄膜(高电阻值)，以sb掺杂10％原子比的sbsn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用以fcad制备的sbsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)，以sb掺杂10％原子比的sbsn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃。
32.实施例4
33.如图1所示的tft中：其有源层采用以fcad制备的tasno2薄膜(高电阻值)，以ta掺杂4％原子比的tasn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用以fcad制备的tasno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)，以ta掺杂4％原子比的tasn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃。
34.实施例5
35.如图1所示的tft中：其有源层采用以fcad制备的wsno2薄膜(高电阻值)，以w掺杂3％原子比的wsn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃；栅极、源极和漏极采用以fcad制备的wsno2薄膜(电阻值≤500ω/
□
)，以w掺杂3％原子比的wsn合金为阴极靶材，通氧气反应制备，基底温度在室温～400℃。
36.本发明主要利用fcad法的高沉积速率和高离子能量的优点，可以制备高结晶质量、高致密度、优异光电性能和化学稳定性的tco薄膜。已有文献报道：用fcad技术在110℃工艺温度下制备的zno薄膜，以其为沟道的tft迁移率为3.1cm2/v.s，远高于脉冲激光沉积和溅射制备的znotfts迁移率(分别为0.024和0.45cm2/v.s)；用fcad技术可以250nm/min速率，在玻璃基底，低温(室温～400℃)下生长azo薄膜，膜厚在500-1300nm之间的薄膜电阻率为5e-4ω.cm，电子迁移率高至60cm2/v.s。
37.已有研究报道：用fcad在低温(室温～400℃)制备的sno2薄膜电导率～200s/cm，znsnox薄膜电阻率低至2.5e-3ω/cm。掺杂可以显著改善sno2薄膜的电学性能。在sno2透明导电薄膜研究中，sno2:sb和sno2:ta两种掺杂体系表现出优异的电学和光学性能。利用它们的高价态离子取代sn4+，可产生额外的载流子，提高薄膜的电导率。其中，sno2:sb薄膜研究最为广泛，因为sb5+和sn4+具有相近的离子半径，可获得具有高透过率(～80％)、低电阻率(～10-3ω.cm)、优良的机械硬度和环境稳定性的薄膜。sno2:ta中是以ta5+离子形式，薄
膜具有高功函数(～5.2ev)、平均透过率超过87％(高于sno2:sb)、最小电阻率2.5
×
10-4ω.cm。
38.w掺杂sno2透明导电薄膜中，w在薄膜中以w6+形式存在，w替代sn位置贡献了两个自由电子，是薄膜导电性增加的主要原因，薄膜中w作为掺杂剂的效率较高，即要得到相同载流子浓度，w掺杂量比sno2:sb和sno2:ta中的掺杂量更少，使得引入的离子杂质缺陷减少，载流子散射中心减少，有利于提高薄膜的载流子迁移率。已有研究报道：制备的sno2:w薄膜最低电阻率达6.7
×
10-4ω.cm，对应载流子浓度和载流子迁移率分别为1.44
×
1020cm-3和65cm2/v.s，薄膜在可见光和近红外区的透射率分别为86％和85％。sno2:w薄膜的最显著特点是在近红外区域的透过率比典型的ito透明导电薄膜的透过率要高2倍，在特殊的场合有应用价值。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。