CN101789388B - 一种用于制备显示器的衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅薄膜材料及其制备方法。本发明首先在衬底的一个表面上制备P型非晶硅薄膜，经退火晶化成多晶硅薄膜后进行N-掺杂工艺，从而形成适用于太阳能电池的多晶硅薄膜，然后在衬底的另一个表面上制备非晶硅薄膜，对其晶化以获得适用于显示器的多晶硅薄膜，这样，在衬底的正反两个表面上就集成了适用于太阳能电池和适用于显示器的多晶硅薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备显示器的衬底及其制备方法。
背景技术
2000年以来，OLED显示技术作为新一代显示技术得到了极大的发展，OLED尤其是有机电致发光(AMOLED)显示技术与LCD显示技术相比，具备多方面的优势：视角广、色彩纯、反映速度快等，尤其是其高对比度、广工作温度和储存温度范围、高受冲击能力和抗震性能以及低电耗等多方面的优越性能，使其极其适合户外使用。
目前，已知的AMOLED显示器的典型结构是由透明玻璃基板、透明ITO阳极、有机电致发光单元、金属阴级、隔离柱、玻璃盖板封装而成。现有TFT技术大致存在两种：非晶硅薄膜TFT和多晶硅薄膜TFT。非晶硅薄膜TFT工艺成熟并相对简单，成品率高，成本低。TFT的开关特性主要通过电子迁移率的值来评价，而非晶硅薄膜TFT的电子迁移率大约为1cm2/Vs且非晶硅器件的稳定性较差，这使之难以满足快速开关的彩色时序液晶显示、电流驱动的有机发光二极管显示和其它集成型显示的要求。多晶硅薄膜TFT的电子迁移率大约为100cm2/Vs左右，因此在制造高性能的LCD和OLED时，均采用多晶硅薄膜TFT。
目前，有机薄膜太阳能电池主要有微晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池和多晶硅薄膜太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池在晶体太阳能电池的基础上得到了很大的发展，它制备工艺相对简单，易实现自动化生产，但由于存在光致衰减效应(S-W效应)，其发展受到了阻碍。多晶硅薄膜太阳能电池同时具备单晶硅的高迁移率和非晶硅材料的低成本的优点，使用硅材料量又较单晶硅少，制作成本低、且无衰减问题使其成为了该领域的热点。
现有的AMOLED显示器基本上都是采用外部电源供电工作，故其单一供电工作模式限制了它在户外或野外等无电力或电力不足等条件下的使用。现有的少量将薄膜太阳能电池和AMOLED显示器集成在一起的户外显示器件也是通过分别做成薄膜太阳能电池单元和AMOLED显示器单元，然后将二者封装在一起制成，这存在如下几个方面的缺点：
1、制程复杂。二者都有一个制造多晶硅薄膜、金属引线和阴阳极的工艺环节，由于其分开制作，造成很多类似工艺重复；
2、成本高。多晶硅薄膜加工往往是高温工艺，若做成透明器件则需石英玻璃衬底等昂贵材料，若薄膜电池和显示器分别制作则会需要至少两块衬底材料，造成材料浪费从而导致高成本；
3、厚度增加或空间浪费。两块玻璃衬底和封装盖板使该类显示器件厚度增加，若通过同一衬底上不同区域制作太阳能电池模块和显示模块，则造成衬底得不到充分利用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于制备显示器的衬底，其上制作适用于太阳能电池的带PN结的多晶硅薄膜和适用于AMOLED显示器的多晶硅薄膜。一种用于制备显示器的衬底，分别在衬底的一个表面上制备成适用于太阳能电池的第一多晶硅薄膜材料层和在衬底的另一个表面上制备成适用于显示器的第二多晶硅薄膜材料层，其中第一多晶硅薄膜材料层具有1-5微米厚并且具有PN结，第二多晶硅薄膜材料层具有30-100纳米厚，并且在衬底表面和第二多晶硅薄膜材料层之间具有0.1-1微米厚的阻挡层。
所述衬底为石英玻璃。
本发明的另外一个目的提供一种制造上述衬底的制造方法，包括如下步骤：
a)在衬底的一个表面上制备一层1-5微米厚的第一导电类型的第一非晶硅薄膜；
b)将该第一导电类型的第一非晶硅薄膜晶化成适用于太阳能电池的第一多晶硅薄膜；
c)将该第一导电类型的第一多晶硅薄膜的一部分掺杂成第二导电类型，由此形成具有PN结的第一多晶硅薄膜层；
d)在所述衬底的另一个表面上制备一层阻挡层；
e)在该阻挡层上制备一层30-100纳米厚的第二非晶硅层；
f)将该第二非晶硅层晶化成适用于显示器的第二多晶硅薄膜层。
所述非晶硅薄膜材料的制备采用PECVD、LPCVD或HW-CVD法。
所述多晶硅薄膜材料的制备采用激光培烧法、快速热处理法或金属诱导法。
所述掺杂是在800-850℃温度下经过10-45分钟的磷扩散掺杂完成。
所述阻挡层为0.1-1微米的二氧化硅或氮化硅，可以采用PECVD、LPCVD、HW-CVD或者溅射方法来形成。
本发明的有益效果是：本发明将适用于太阳能电池的多晶硅薄膜和适用于AMOLED显示器的多晶硅薄膜制作在同一衬底上，实现了简化制程、降低成本、减少厚度和空间，有利于实现AMOLED显示器的自供电，拓展其使用范围、节能环保。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是在衬底的一个表面上制备P型非晶硅层之后的截面示意图。
图2是将P型非晶硅层晶化并掺杂成PN结的多晶硅层之后的截面示意图。
图3是在衬底的另一个表面上制备阻挡层、非晶硅层并将该非晶硅层晶化为多晶硅层之后的截面示意图。
具体实施方式
本发明参照附图详述如下：
如图所示：本发明是在同一衬底的正反两个表面上制备适用于太阳能电池的多晶硅薄膜和适用于AMOLED显示器的多晶硅薄膜，这具有制程简单、成本低廉、膜厚很薄等特点。
图1示出了石英玻璃作为衬底材料，在该衬底的一个表面上制备适用于太阳能电池的多晶硅薄膜的前驱物—非晶硅薄膜102，这里采用101石英衬底和P型非晶硅材料作为例子来进行描述。
首先采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在石英衬底101上形成P型非晶硅薄膜102。这通过在源气体(例如90％的氢气和10％的硅烷)中混入含硼气体(例如三氟化硼)来进行制备所述P型非晶硅薄膜，其厚度为大约1-5微米，优选为3微米厚。当然也可以采用其它方法沉积，例如LPCVD或HW-CVD方法。
图2示出了将所述P型非晶硅薄膜经晶化形成P型多晶硅薄膜之后，再在800-850度的高温条件下退火10-45分钟进行N扩散掺杂之后的结构。
举例说明，首先在600-1000℃下对P型非晶硅薄膜执行退火工艺，在30分钟至3个小时之后，该非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。接着在所述P型多晶硅薄膜102的表面涂上SiO2\P2O5玻璃体，其在830℃下经过25分钟扩散成1.4微米左右的N型薄层，除去玻璃体，由此制成具有PN结的多晶硅薄膜。
图3示出了在衬底101的另一个表面上制备阻挡层、非晶硅层并将该非晶硅层晶化为多晶硅层之后的结构。
为了防止在加热过程中石英玻璃衬底中的杂质向有源层扩散，在该石英玻璃衬底的另一个表面(未沉积表面)上沉积0.1-1微米的二氧化硅或氮化硅作为阻挡层103，优选为0.5微米，从而阻挡了杂质扩散进有源层。然后在该阻挡层103上制备适用于显示器的多晶硅薄膜的前驱物——非晶硅薄膜104。
上述阻挡层103的制备是通过采用等离子体增强化学气相沉积的方法在350℃下沉积500nm的二氧化硅或氮化硅来实现。还可以采用LPCVD、HW-CVD或者溅射方法来沉积。
采用低压化学气相沉积(LPCVD)的方法，使用源气体(例如90％的氢气和10％的硅烷)在阻挡层103上制备一层30-100纳米厚的非晶硅薄膜104作为多晶硅薄膜的前驱物，优选为45纳米厚。还可以采用PECVD、HW-CVD或者溅射方法来沉积。
接着将该非晶硅薄104膜晶化为多晶硅薄膜。例如可以采用等离子增强化学气相沉积的方法在该非晶硅薄膜104上制备一层40纳米厚的二氧化硅薄膜，在该二氧化硅薄膜上刻蚀出1.5微米宽且20纳米深的间隔距离为30微米的多个条纹。在该刻有多个条纹的二氧化硅薄膜上溅射催化金属Ni。在590℃的条件下经1.5小时的退火过程将该非晶硅薄膜104晶化成多晶硅薄膜。最后剥离掉该二氧化硅薄膜。
经过上述步骤，得到了本发明的一种包括适用于太阳能电池的多晶硅薄膜和适用于AMOLED显示器的多晶硅薄膜的衬底。
尽管上面介绍了将非晶硅晶化成多晶硅的方法。但是本发明不限于上述列出的晶化方法。还可以通过其它方法来将非晶硅晶化成多晶硅。下面将详细举例说明。
一种制备多晶硅薄膜的方法是：通过低压化学气相沉积方法形成非晶硅薄膜，在该薄膜上沉积一层镍，然后在500℃下进行3个小时的退火过程；接着用二倍频和三倍频脉冲激光(其波长可以是1微米)同时照射生成的薄膜，从而将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
另一种制备多晶硅薄膜的方法是：在衬底上涂覆非晶硅层，在其表面上覆盖上氧化剂和Cu的混合物，从而在接触面上形成具有Cu的氧化层，将该衬底放置600℃的环境中进行加热，从而晶化该非晶硅层以形成多晶硅层。
再一种制备多晶硅薄膜的方法是：在非晶硅薄膜上制备金属镍，对其进行一次激光退火，之后去除非晶硅薄膜上多余的金属镍，接着在对已经去除多余的金属镍的非晶硅薄膜进行二次激光退火，从而将该非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜。
尽管上面列举了几种晶化方法，但是本领域的技术人员还知道其它晶化方法来制备多晶硅薄膜。
在本发明的权利要求涵盖的范围内可以对本发明进行各种修改。
Claims (6)
1.一种制备用于显示器的衬底的方法，包括如下步骤：
a)在衬底的一个表面上制备一层1-5微米厚的第一导电类型的第一非晶硅薄膜；
b)将该第一导电类型的第一非晶硅薄膜晶化成适用于太阳能电池的第一多晶硅薄膜；
c)将该第一导电类型的第一多晶硅薄膜的一部分掺杂成第二导电类型，由此形成具有PN结的第一多晶硅薄膜层；
d)在所述衬底的另一个表面上制备一层阻挡层；
e)在该阻挡层上制备一层30-100纳米厚的第二非晶硅层；
f)将该第二非晶硅层晶化成适用于显示器的第二多晶硅薄膜层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述第一非晶硅薄膜厚度为3微米，并且采用PECVD、LPCVD或HW-CVD方法获得。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于采用激光培烧法、快速热处理法或金属诱导法来实行晶化步骤。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述PN结是在800-850℃温度下经过10-45分钟的磷扩散掺杂来完成。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述阻挡层为500nm的二氧化硅或氮化硅，并且采用PECVD、LPCVD、HW-CVD或者溅射方法来沉积。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述第二非晶硅层厚度为45纳米，并且采用PECVD、LPCVD、HW-CVD或者溅射方法来沉积。
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