CN103594498B - 一种透明导电薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明基于薄膜光学中诱导透射滤光片的原理，提出一种氧化物-金属-氧化物三明治结构的透明导电薄膜用于铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO？TFT)电极(包括源极、漏极和栅极)。透明导电薄膜的氧化物层采用铟镓锌氧化物(IGZO)和锰氧化物复合层，金属层采用金属铜(Cu)；锰氧化物在金属铜层和铟镓锌氧化物层之间，增加铜层和铟镓锌氧化物层的粘附性并阻止铜向铟镓锌氧化物层扩散。本发明中提出的透明导电薄膜用作IGZO？TFT的源极、漏极和栅极时，透明导电薄膜能够与IGZO？TFT的有源层形成接触电阻低的欧姆接触，并且使IGZO？TFT具有良好的透光性和电特性。
Description
技术领域：
本发明涉及平板显示技术、薄膜太阳能电池、薄膜晶体管等技术领域，尤其涉及一种透明导电薄膜。
发明背景：
TFT（ThinFilmTransistor，薄膜晶体管）-LCD（LiquidCrystalDisplay，液晶显示器）和AMOLED（ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode，有源矩阵有机发光二极体面板）是目前及未来的主流显示技术，都属于有源驱动显示器，其面板结构包含三个主要部件：显示单元、阵列背板和载体基板。TFT阵列背板是有源驱动显示器的核心部件。有源驱动显示器上的每一像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动，从而实现高速度、高亮度、高对比度的信息显示。
透明显示技术是将TFT-LCD和AMOLED等显示屏做成透明显示屏，这是未来显示技术的发展方向之一。对于透明显示技术的阵列背板必须要有透明的要求。铟镓锌氧化物薄膜晶体管因为氧化物的透明性而取代硅基薄膜晶体管成为透明显示技术的主流背板技术。对于透明的铟镓锌氧化物薄膜晶体管的电极通常采用ITO（IndiumTinOxides，氧化铟和氧化锡的混合物）薄膜。虽然ITO薄膜具有较高的可见光透过率和较好的导电性，但对于大尺寸、高分辨率及透明显示器来说，使用精细ITO薄膜做成的电极的电阻率变得较高；另外其用于薄膜晶体管电极时不能形成接触电阻低的欧姆接触，影响了薄膜晶体管的电特性。
发明内容：
本发明提出的透明导电薄膜结构为氧化物-金属-氧化物，氧化物层为复合层，由铟镓锌氧化物层和锰氧化物层组成，透明导电薄膜由第一铟镓锌氧化物层、第一锰氧化物层、铜金属层、第二锰氧化物层及第二铟镓锌氧化物层构成。第一铟镓锌氧化物层、第一锰氧化物层、第二锰氧化物层及第二铟镓锌氧化物层都在可见光区透明；铜金属层具有良好的导电性，但铜金属层的可见光透过率很小。利用诱导透射原理，设计诱导透射滤光片结构，选择各层薄膜的材料及其厚度，实现既透明又导电的薄膜电极。其中：第一铟镓锌氧化物层厚度为45nm-50nm，第二铟镓锌氧化层的厚度为30nm-35nm；铜金属层的厚度为10nm-15nm；第一锰氧化物层和第二锰氧化物层的厚度均为3nm-5nm。本发明的透明导电薄膜用作铟镓锌氧化物薄膜晶体管（oxideTFT）的源极、漏极时，第二铟镓锌氧化物层同时作为该薄膜晶体管的有源层，能够使源极和漏极与氧化物薄膜晶体管的有源层形成接触电阻低的欧姆接触，从而制作全透明、高性能的铟镓锌氧化物薄膜晶体管器件。
上述铟镓锌氧化物层、锰氧化物层及铜金属层的制备工艺采用磁控溅射方法，其中：制备铟镓锌氧化物层所选用的靶材为单一的铟镓锌氧化物靶材(铟镓锌氧摩尔比为1:1:1:4)，射频溅射；锰氧化物层通过高纯锰靶直流溅射制备锰膜，然后在氧气环境中高温退火获得；制备铜金属层所选用的靶材为高纯度的铜靶，直流溅射。基本制备条件如下：
铟镓锌氧化物层
(1).本底真空度：10-3Pa~10-4Pa
(2).工作气压：0.5Pa~3Pa
(3).溅射功率：100W~300W
(4).溅射速率：0.1nm/秒~0.5nm/秒
(5).衬底温度：室温
锰氧化物层
1.锰膜制备
(1).本底真空度10-3Pa~10-4Pa
(2).工作气压0.5Pa~3Pa
(3).溅射功率：100W~300W
(4).溅射速率：0.5nm/秒~1nm/秒
(5).衬底温度：室温
2.锰膜有氧退火为锰氧化物薄膜
(1).本底真空度：10-3Pa~10-4Pa
(2).退火工作气压：2Pa~5Pa
(3).通氧量：20sccm-40sccm
(4).退火温度：250~350℃
金属铜层
(1).本底真空度：10-4Pa~10-5Pa
(2).工作气压：0.5Pa~3Pa
(3).溅射功率：100W~300W
(4).溅射速率：0.5nm/秒~2nm/秒
(5).衬底温度：室温
本发明中提出的氧化物-金属-氧化物三明治结构的透明导电薄膜的电阻率比ITO的电阻率低，也具有较好的可见光透过率，用于铟镓锌氧化物薄膜晶体管的电极时，源、漏电极与氧化物薄膜晶体管的有源层能形成接触电阻低的欧姆接触，且铟镓锌氧化物薄膜晶体管具有良好的透光性和电特性。
附图说明：
图1是本发明中的氧化物-金属-氧化物透明导电薄膜电极结构示意图；
图2是本发明中的透明导电薄膜电极作为源极、漏极和栅极时的铟镓锌氧化物薄膜晶体管结构示意图。
具体实施方式
以下结合图示和实例来进一步介绍：
本发明中铟镓锌氧化物为非晶InGaZnO4薄膜，均采用磁控射频溅射方式制备，铟镓锌氧化物(In:Ga:Zn:O摩尔比为1:1:1:4).靶材作为薄膜原材料；锰氧化物为MnO或MnO2或Mn3O4薄膜，均通过高纯锰靶材直流溅射制备锰膜，然后在氧气环境中高温退火获得；铜金属层采用磁控直流溅射方法制备，高纯度铜靶作为薄膜原材料。
本发明提出的透明导电薄膜的一个应用实例是用作铟镓锌氧化物薄膜晶体管的电极(源极、栅极、漏极)，从而制作透明的铟镓锌氧化物薄膜晶体管器件，如图2所示。InGaZnO4薄膜1、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜2、铜金属层3、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜4及InGaZnO4薄膜5构成了诱导透射滤光片结构，其既具有透明特性，又具有很好的导电性。该透明导电薄膜用于铟镓锌氧化物薄膜晶体管的源极、漏极时，InGaZnO4薄膜5同时作为薄膜晶体管的有源层。MnO或MnO2或Mn3O4薄膜增强了铜层和InGaZnO4薄膜的粘附性且抑制了铜向InGaZnO4薄膜的扩散；另外，MnO或MnO2或Mn3O4薄膜的存在有利于透明的源、漏电极与薄膜晶体管的有源层形成接触电阻低的欧姆接触。InGaZnO41厚度为45nm-50nm，铜金属层3厚度为10nm-15nm，InGaZnO4薄膜5厚度为30nm-35nm。MnO或MnO2或Mn3O4薄膜2、MnO或MnO2或Mn3O4薄膜4的厚度均为3nm-5nm；薄膜晶体管的栅绝缘层6采用200nm厚的SiO2薄膜，SiO2薄膜通过等离子体增强化学气相沉积技术制备。玻璃或者塑料作为薄膜晶体管的衬底材料7。塑料基底包括聚酰亚胺（PI）、聚苯二甲酸乙二醇酯（PEN）及聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。
通过薄膜设计软件计算，以玻璃为基底的薄膜晶体管的可见光平均透过率为80%，薄膜晶体管具有良好的透光性；另外由于MnO或MnO2或Mn3O4薄膜抑制了铜向有源层的扩散以及源、漏电极与有源层间形成的低电阻欧姆接触，薄膜晶体管具有良好的电特性。
本发明的特点和有益效果如下：
1.透明导电薄膜采用铟镓锌氧化物层(45nm-50nm)/锰氧化物层(3nm-5nm)/铜金属层(10nm-15nm)/锰氧化物层(3nm-5nm)/铟镓锌氧化物层(30nm-35nm)五层薄膜复合结构；
2.铜层和铟镓锌氧化物薄膜间增加锰氧化物薄膜，可以起到增强铜层和铟镓锌氧化物薄膜的粘附性且抑制铜向铟镓锌氧化物薄膜扩散的作用；
3.铟镓锌氧化物薄膜既作为电极结构的一部分又作为薄膜晶体管的有源层；
4.发明的透明导电薄膜作为铟镓锌氧化物薄膜晶体管的源、漏极时透明导电薄膜结构中的锰氧化物薄膜有利于源、漏电极与薄膜晶体管的有源层形成接触电阻低的欧姆接触；
5.发明的透明导电薄膜作为铟镓锌氧化物薄膜晶体管的源、漏、栅极时薄膜晶体管具有良好的透光性和电特性。
Claims (7)
1.一种透明导电薄膜，其特征在于，所述透明导电薄膜包括：第一铟镓锌氧化物层、第一锰氧化物层、铜金属层、第二锰氧化物层及第二铟镓锌氧化物层依次排列，所述第一铟镓锌氧化物层厚度45nm-50nm，所述第二铟镓锌氧化物层厚度为30nm-35nm，所述铜金属层厚度为10nm-15nm，所述第一锰氧化物层和所述第二锰氧化物层的厚度3nm-5nm。
2.根据权利要求1中所述的透明导电薄膜，其特征在于，所述透明导电薄膜作为铟镓锌氧化物薄膜晶体管(oxideTFT)的源极、漏极和/或栅极使用。
3.根据权利要求2中所述的透明导电薄膜，其特征是在于，当所述透明导电薄膜用作铟镓锌氧化物薄膜晶体管的源极和漏极时，所述第二铟镓锌氧化物薄膜同时作为所述铟镓锌氧化物薄膜晶体管的有源层使用。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的透明导电薄膜，其特征在于，所述第一铟镓锌氧化物层和所述第二铟镓锌氧化物物层采用磁控射频溅射方法进行制备，制备条件包括：
本底真空度：10-3Pa-10-4Pa；
工作气压：0.5Pa-3Pa；
溅射功率：100W-300W；
溅射速率：0.1nm/秒-0.5nm/秒；
衬底温度：室温。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的透明导电薄膜，其特征在于，所述锰氧化物层通过高纯锰靶直流溅射制备锰膜，然后在氧气环境中高温退火获得；制备条件包括：
1)锰膜制备
(1).本底真空度：10-3Pa-10-4Pa；
(2).工作气压：0.5Pa-3Pa；
(3).溅射功率：100W-300W；
(4).溅射速率：0.5nm/秒-1nm/秒；
(5).衬底温度：室温；
2)锰膜有氧退火为锰氧化物薄膜
(1).本底真空度：10-3Pa-10-4Pa；
(2).退火工作气压：2Pa-5Pa；
(3).通氧量：20sccm-40sccm；
(4).退火温度：250-350℃。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的透明导电薄膜，其特征在于，所述铜金属层采用磁控直流溅射方法进行制备，制备条件包括：
本底真空度：10-4Pa-10-5Pa；
工作气压：0.5Pa-3Pa；
溅射功率：100W-300W；
权利要求书
溅射速率：0.5nm/秒-2nm/秒；
衬底温度：室温。
7.一种铟镓锌氧化物薄膜晶体管，其特征在于，源极、漏极和/或栅极采用权利要求1-3之一的透明导电薄膜制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160615 Termination date: 20161203 |