CN104120388A - 纳米晶形成方法和制造有机发光显示装置的方法 - Google Patents

纳米晶形成方法和制造有机发光显示装置的方法 Download PDF

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Abstract

形成纳米晶的方法包括：将衬底装载到腔室内；将第一电压施加至第一目标以通过溅射在所述衬底上形成包括第一金属化合物的薄膜；以及将第二电压施加第二目标并且通过溅射在所述薄膜中形成纳米晶。

Description

纳米晶形成方法和制造有机发光显示装置的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年4月26日向韩国专利局提交的第10-2013-0046929号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种在薄膜中形成纳米晶的方法和使用具有形成于其内的纳米晶的薄膜制造有机发光显示装置的方法。
背景技术
气相沉积方法、电沉积方法、化学气相沉积方法和溅射方法被用于形成电子部件中所使用的薄膜的工序。在这些方法中，由于所形成的薄膜的微结构和构成以大生产率具有高可控性，因此溅射方法已经被广泛使用。
溅射方法（技术）是使用等离子体生成轰炸溅射目标以允许溅射目标的原子作为层堆叠在衬底上的离子的一种膜形成技术。具体地，溅射技术用于在半导体和光电工业中使用的各种制造工序中形成金属、氧化物、氮化物和半导体的薄膜。
在低温下使用溅射技术沉积薄膜的情况中，可形成非晶薄膜。然而，这种非晶薄膜可能在增加薄膜的密度或增加（或改善）薄膜的光学属性方面具有局限性。可通过以薄膜工序掺杂积或添加异种材料形成许多图案来克服这种局限性。然而，异种材料的添加可导致其他属性的劣化。
发明内容
本发明的实施方式的一方面涉及一种在低温下形成包括纳米晶的薄膜的方法。
本发明的实施方式的各方面涉及一种通过使用包括纳米晶的薄膜制造有机发光显示装置的方法。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种形成纳米晶的方法，所述方法包括：将衬底装载到腔室内；将第一电压施加至第一目标以通过溅射在所述衬底上形成包括第一金属化合物的薄膜；以及将第二电压施加第二目标并且通过溅射在所述薄膜中形成纳米晶。
所述第一目标和所述第二目标可包括不同的金属。
所述第一金属化合物可为金属氧化物或金属氮化物。
所述第二电压可高于所述第一电压。
所述纳米晶的直径可由施加至所述第二目标的电压的值确定。
形成所述纳米晶的步骤可包括用来自所述第二目标的第二金属化合物掺杂所述薄膜。
所述纳米晶的密度可由所述第二金属化合物的掺杂量确定。
所述第一金属化合物可以是非晶的。
所述薄膜的厚度可为约100nm或更小。
所述腔室内的加工温度可为约100℃或更低。
所述薄膜的密度可通过所述纳米晶的形成而增加。
所述薄膜的光学带隙能量可通过所述纳米晶的形成而增加。
所述纳米晶可通过所述第一金属化合物和来自所述第二目标的第二金属化合物中的至少一种金属的晶化而形成。
所述第一金属化合物可包括SnOx、ZnO、InOx、TiOx、氧化铟锡（ITO）和WOx中的至少一种。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种具有由上述形成纳米晶的方法形成的纳米晶的薄膜。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造有机发光显示装置的方法，所述方法包括：将包括所述有机发光显示装置的至少一些部件的衬底装载到腔室内；将第一电压施加至第一目标以通过溅射在所述衬底上形成包括第一金属化合物的薄膜；以及将第二电压施加至第二目标并且通过溅射在所述薄膜中形成纳米晶。
所述有机发光显示装置可包括：第一电极；中间层，包括有机发光层；第二电极；以及封装层，所述第一和第二电极、所述中间层和所述封装层位于所述衬底上；并且内部形成有所述纳米晶的所述薄膜包括在所述封装层内。
所述封装层可包括有机层和无机层。
所述无机层可包括包含有所述纳米晶的所述薄膜。
所述薄膜可以是非晶的。
附图说明
参考附图通过详细描述示例性实施方式，本发明的实施方式的上述和其它特征和方面将变得更加显而易见，在附图中：
图1是示出了根据本发明的一个实施方式的包括纳米晶的薄膜的示意图；
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的溅射装置的示意图；
图3是示出了根据本发明的一个实施方式的形成包括纳米晶的薄膜的方法的流程图；
图4是通过低温工序生长的锡氧化物薄膜的透射电子显微照片；
图5是掺杂有铝氧化物的锡氧化物薄膜的透射电子显微照片；
图6是示出了薄膜的密度根据铝氧化物的掺杂量的增加而变化的图；
图7是示出了根据铝氧化物掺杂量增加的薄膜的光学带隙能量的图；
图8是示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的有机发光显示装置的截面图；以及
图9是图8中所示的F区域的放大视图。
具体实施方式
下文参考附图通过解释本发明的实施方式更详细地描述本发明的各方面。
在附图中相似的参考标号表示相似的元件。而且，可取消关于已知功能或配置的详细描述以不必要地模糊本发明的实施方式的主题。
一列元件之前的诸如“至少一个”的表达修饰整列元件但是未修饰列表中单独元件。
图1是示出了根据本发明的一个实施方式的包括纳米晶20的薄膜10的示意图。参考图1，在一个实施方式中，纳米晶20形成于薄膜10中。在本文中，薄膜10可由金属化合物形成，并且金属化合物可以是金属氧化物或金属氮化物。纳米晶20可由金属形成。
例如，在一个实施方式中，薄膜10由包括氧和/或氮作为组分的金属（例如，锌（Zn）、铜（Cu）、铟（In）、银（Ag）、锡（Sn）、锑（Sb）、镍（Ni）或铁（Fe））形成。例如，在一个实施方式中，薄膜10由金属氧化物（例如，氧化铟锡（ITO）、ZnO、SnOx、ZrOx、TiOx或AlOx）和/或金属氮化物（例如，TiN、SiN或AlN）形成。而且，薄膜10可通过用诸如NiOx或SiOx的金属化合物掺杂由诸如SnOx、ZnO、InOx、TiOx、ITO或WOx的金属化合物形成的基础金属化合物而形成。
纳米晶20不仅可增加薄膜10的密度，还可通过分布在薄膜10中增加（或改善）薄膜10的光学属性。在本文中，纳米晶20可由与薄膜相同的金属形成。例如，在一个实施方式中，构成纳米晶20的金属为Zn、Cu、In、Ag、Sn、Sb、Ni和Fe中的一种或多种。而且，纳米晶20的直径可在约1nm至约20nm的范围内。纳米晶20的直径可由在溅射工序期间施加至作为纳米晶20的源的目标122A和122B的电压的值控制，并且纳米晶20的密度可由在溅射工序期间施加至作为纳米晶20的源的目标122A和122B的功率密度控制。
可使用任意衬底S，只要它适于薄膜的制备。可使用由诸如玻璃、GaAs、石英、LiNbO3、LiTaO3、硅（Si）、SiC、SiO2、ZnO、MgZnO、蓝宝石、铂（Pt）或SiN的材料形成的衬底，例如，在一个实施方式中，使用蓝宝石衬底或SiN衬底。例如，在一个实施方式中，加工压力在约0.1Pa至约1Pa的范围内。溅射工序可在低温下执行。例如，在一个实施方式中，溅射工序在约100℃下执行。
薄膜10的厚度未被具体限制并且可根据加工时间而增加。然而，薄膜10的厚度可为约100nm或更小以减少加工时间并且确保工序的稳定性。
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的溅射装置100的示意图。参考图2，在一个实施方式中，溅射装置100包括腔室110、目标单元（或目标）120A和120B、衬底安装单元130和泵170，其中腔室110提供用于溅射工序的空间，目标单元（或目标）120A和120B分别被设置在（或位于）腔室110内且具有将被设置在安装于腔室内的衬底S上的材料，衬底安装单元130被设置（或被定位）以面向目标单元120A和120B且用于稳固地将衬底S放置于其上，并且泵170联接至腔室110的排气管117。
腔室110提供用于执行溅射工序和沉积工序的空间，其中在一个实施方式中腔室110还包括进气口112和排气管117，其中进气口112提供用于在目标122A和122B与衬底安装单元130之间生成等离子体的反应气体，并且排气管117排出剩余的反应气体。通过将排气管117联接至控制腔室110内压力的真空泵170，剩余的反应气体可在不使用单独排气泵的情况下被容易地排出。在本文中，反应气体可以是氩（Ar）气，其可在低电功率下生成等离子体以减少（或防止）对稳固地置于衬底安装单元130上的衬底S的损害。
腔室110内的加工压力可在约0.1Pa至约1Pa的范围内。溅射工序可在低温下执行。例如，在一个实施方式中，溅射工序在约100℃的腔室内温度下执行。
在一个实施方式中，衬底S安装在衬底安装单元130上，并且衬底安装单元130支撑衬底S以面向目标单元120A和120B。
目标转移单元（或目标转移器）140是用于转移目标单元120A和120B的设备，其中目标转移单元140可通过转移目标单元120A和120B引起衬底S上的均匀溅射。目标转移单元140可水平或垂直地移动或旋转目标单元120A和120B。
在一个实施方式中，两个目标单元120A和120B位于面向腔室110内的衬底S的区域。两个目标单元120A和120B可在面向衬底S的同时彼此相邻设置。目标单元120A和120B可分别包括目标122A和122B、目标板124A和124B、阴极板126A和126B、以及磁铁128A和128B。
在一个实施方式中，发生溅射现象，其中腔室110内已经由加速的电子生成的离子与目标122A和122B碰撞以使得目标122A和122B表面上的材料从其逃逸。从目标122A和122B的表面逃逸的材料沉积在衬底S上以形成薄膜，有机发光显示装置可使用该薄膜实现。
目标122A和122B可由不同的材料形成。包括纳米晶20的薄膜10可使用由互相不同的材料形成的目标122A和122B而形成于衬底S上。例如，在一个实施方式中，如果目标122A和122B中的任一个由锡氧化物形成而另一个由铝氧化物形成，则锡或铝纳米晶形成于衬底S上的包括锡氧化物和铝氧化物的非晶薄膜中。因此，具有不同值的电压可被施加至目标122A和122B以形成包括纳米晶20的薄膜10。
接下来，在一个实施方式中，目标板124A和124B固定目标122A和122B，目标122A和122B是通过溅射沉积在衬底S上的材料的源。阴极板126A和126B被设置在目标板124A和124B上并且联接至供电电源单元（或电源供应）以将电压施加至目标122A和122B。此外，磁铁128A和128B施加磁场以减少（或防止）从等离子体生成的电子逃逸至溅射装置100的其它部分的可能性。
供电电源单元（或供电电源供应器）联接至腔室110内的阴极板126A和126B以向其施加电压，因此在衬底S与目标122A和122B之间生成等离子体。
电压供应单元（或电压供应器）150A和150B可分别将不同值的电压施加至目标122A和122B。例如，在一个实施方式中，第一电压被施加至目标122A，并且高于第一电压的第二电压被施加至目标122B。电压供应单元150A和电压供应单元150B的电压施加时间可不同。例如，在一个实施方式中，当在电压供应单元150A将第一电压施加至目标122A之后经过一段时间（例如，设置或预定的时间段）时，电压供电单元150B将第二电压施加至目标122B。因此，基本金属化合物可由目标122A形成，并且纳米晶20可由目标122B形成。
图3是示出了根据一个实施方式的形成包括纳米晶20的薄膜10的方法的流程图。
在此实施方式中，将衬底S置于腔室110的衬底安装单元130上（S310）。反应气体（诸如，Ar气体）通过进气口112被提供给腔室110内的空间。
在根据本发明的该实施方式的由溅射装置100形成于衬底S上的材料是包括氧或氮的材料（即，氧化物或氮化物），除了Ar气体之外，氧气或氮气被引入腔室110内。腔室110内的压力可在约0.1Pa至约1Pa的范围内。而且，腔室110内的温度可为约100℃或更低。
然后，将第一电压施加至目标122A以通过溅射在衬底S上形成薄膜（S320）。特别地，当第一电压通过电压供应单元150A被施加至目标122A时，在腔室110内生成溅射的等离子体。在一个实施方式中，等离子体由γ电子、阳离子、阴离子等构成。溅射的等离子体与目标122A碰撞，从目标122A（即，第一金属化合物）溅射的颗粒被沉积在衬底S上。在一个实施方式中，因为第一金属化合物在低温下形成，因此第一金属化合物可以是非晶的。第一电压可在约100V至约150V的范围内。
薄膜10的厚度可由施加至目标122A的电压的施加时间确定。例如，施加至目标122A的电压的施加时间越长，薄膜10的厚度可变得更大。
形成薄膜10，然后将第二电压施加至目标122B以通过溅射形成纳米晶（S330）。特别地，当第二电压通过电压供应单元150B被施加至目标122B时，在腔室110内生成溅射的等离子体。第二电压可大于第一电压，例如可在约150V至约200V的范围内。在一个实施方式中，等离子体由γ电子、阳离子、阴离子等构成。溅射的等离子体与目标122B碰撞，并且薄膜10被掺杂有从目标122B（即，第二金属化合物）溅射的颗粒。薄膜10的厚度可因掺杂有第二金属化合物而略微增加。
在一个实施方式中，因为第二金属化合物通过大于形成第一化合物的电压的电压形成，因此薄膜10可以比第一金属化合物的速率快的速率掺杂第二金属化合物。因为第一金属化合物以快速的速率掺杂第二金属化合物并且第二金属化合物可与第一金属化合物碰撞，因此第一化合物或第二化合物的一部分可被晶化。因此，薄膜10中的第一金属化合物或第二金属化合物的氧或氮可从金属逃逸，并且金属可被晶化。晶化的金属可具有纳米级直径。例如，纳米晶20的直径可在约1nm至约20nm的范围内。
纳米晶20的直径可由被施加至目标122A的电压的值确定。例如，被施加至目标122A的电压越高，纳米晶20的直径可越大。而且，纳米晶20的密度可由第二金属化合物的掺杂量确定。例如，第二金属化合物的掺杂量越高，纳米晶20的密度可越高。
在图3中，在一个实施方式中，包括纳米晶20的薄膜10通过在将电压施加至目标122A之后将电压施加至目标122B而形成。然而，本发明的实施方式不限于此。在另一实施方式中，包括纳米晶20的薄膜10可通过在将电源施加至目标122A期间立即将电压施加至目标122B而形成。
比较实施例
作为比较实施例，锡氧化物薄膜通过在真空压力和室温下进行反应溅射而生长至约50nm的厚度。图4示出了通过低温工序生长的锡氧化物薄膜的透射电子显微照片。如图4所示，照片中不存在衍射图样。因此，可确认由低温工序生长的锡氧化物薄膜是非晶的。
实施例
第一电压（约150V）被施加至由锡氧化物形成的目标122A以通过在真空压力和室温下进行溅射形成锡氧化物薄膜。比第一电压高的第二电压（约200V）被施加至由铝氧化物形成的目标122B以通过溅射用铝氧化物掺杂锡氧化物薄膜。图5是掺杂有铝氧化物的锡氧化物薄膜的透射电子显微照片。如图5所示，照片中存在衍射图样。因此，可确认纳米晶是通过用铝氧化物掺杂锡氧化物薄膜而形成的。
图6是示出了薄膜密度的根据铝氧化物的掺杂量的增加而变化的图。锡氧化物薄膜在0W/cm2、1.1W/cm2、2.2W/cm2和4.4W/cm2的功率密度下掺杂铝氧化物。如图6所示，可确认薄膜的密度随铝氧化物的掺杂量的增加而增加。也就是说，在期望形成更高密度的包括纳米晶的非晶薄膜的情况中，第二金属化合物的掺杂量可增加。
图7是示出了根据铝氧化物掺杂量的增加的薄膜的光学带隙能量的图。如图7所示，不具有铝的锡氧化物薄膜的光学带隙能量为约3.93eV。然而，当锡氧化物薄膜中包括量约1%的铝时，薄膜的光学带隙能量增加至约4.04eV，这意味着可减少（或移除）可能包含在薄膜中的缺陷。
因此，在形成金属化合物薄膜的情况中，如果异种金属化合物被沉积，因快速溅射的颗粒可在形成薄膜期间获得晶相。
在本实施方式中，异种金属化合物通过溅射被沉积。然而，本发明的实施方式不限于此。目标可由相同的金属化合物形成，并且包括纳米晶的薄膜可通过区分被施加至目标的电压的值而形成。
上述包括纳米晶的薄膜可用作有机发光显示装置的部件。例如，有机发光显示装置的封装层可被形成为上述包括纳米晶的薄膜。
图8是示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的有机发光显示装置200的截面图，以及图9是图8中所示的F区域的放大视图。
在一个实施方式中，有机发光显示装置200形成于衬底230上。衬底230可由玻璃、塑料或金属形成。
缓冲层231形成于衬底230上，其中缓冲层231提供衬底230上的平坦表面并且包含绝缘体以减少（或防止）水分和外来物质沿朝向衬底230的方向渗入。
薄膜晶体管（TFT）240、电容器250和有机发光设备260形成于缓冲层231上。薄膜晶体管240主要包括有源层241、栅极242、源极/漏极243。有机发光设备260包括第一电极261、第二电极262和中间层263。
电容器250包括第一电容器电极251和第二电容器电极252。
特别地，有源层241以一种图案（例如，预定的图案）位于缓冲层231的顶面上。有源层241可包含无机半导体材料（诸如，硅）和有机半导体材料、或氧化物半导体材料，并且可通过注入p型或n型掺杂物形成。第一电容器电极251与栅极242形成于相同层，并且第一电容器电极251可由与栅极242的材料相同的材料形成。
栅极电介质层232形成于有源层241上。栅极242形成于栅极电介质层232上以对应于有源层241。层间电介质233被形成为覆盖栅极242，并且源极/漏极243形成于层间电介质233上以与有源层241的区域（例如，预定区域）接触。第二电容器电极252与源极/漏极243形成于相同层，并且第二电容器电极252可由与源极/漏极243的材料相同的材料形成。
钝化层234被形成为覆盖源极/漏极243，并且单独的绝缘层还可形成于钝化层234上用于薄膜晶体管240的平坦化。
第一电极261形成于钝化层234上。第一电极261被形成为电耦接至源极/漏极243中的任一个。像素限定层235被形成为覆盖第一电极261。开口264（例如，预定的开口）形成于像素限定层235处，然后包括有机发光层的中间层263形成于由开口264限定的区域中。第二电极262形成于中间层263上。
封装层270形成于第二电极262上。封装层270可包含有机材料或无机材料，并且可具有有机材料和无机材料交替堆叠的结构。
封装层270可通过使用上述本发明的实施方式的形成包括纳米晶20的薄膜10的方法形成。也就是说，薄膜可形成于具有形成于其上的第二电极262的衬底上。
在一个实施方式中，封装层270包括无机层271和有机层272，其中无机层271包括多个层271a、271b和271c，并且有机层272包括多个层272a、272b和272c。无机层271的多个层271a、271b和271c可由上述的包括纳米晶的金属氧化物薄膜形成。
如上所述，包括纳米晶的薄膜可通过在低温下溅射形成。因此，薄膜的密度和光学属性可提高（或改善）。
而且，有机发光显示装置可使用具有增加的（或改善的）密度和光学属性的薄膜制造。
尽管参考本发明的示例性实施方式具体显示和描述了有机发光显示装置，但是本领域技术人员将理解，可在本文中进行形式和细节的各种改变而不背离由权利要求及其等同限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种形成纳米晶的方法，所述方法包括：
将衬底装载到腔室内；
将第一电压施加至第一目标以通过溅射在所述衬底上形成包括第一金属化合物的薄膜；以及
将第二电压施加第二目标并且通过溅射在所述薄膜中形成纳米晶。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一目标和所述第二目标包括不同的金属。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属化合物为金属氧化物或金属氮化物。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第二电压高于所述第一电压。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米晶的直径由施加至所述第二目标的所述第二电压的值确定。
6.如权利要求1所述的方法，其中形成所述纳米晶的步骤包括用来自所述第二目标的第二金属化合物掺杂所述薄膜。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述纳米晶的密度由所述第二金属化合物的掺杂量确定。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属化合物是非晶的。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述薄膜的厚度为约100nm或更小。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述腔室内的加工温度为约100℃或更低。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述薄膜的密度由所述纳米晶的形成而增加。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述薄膜的光学带隙能量由所述纳米晶的形成而增加。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米晶通过所述第一金属化合物和来自所述第二目标的第二金属化合物中的至少一种金属的晶化而形成。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属化合物包括SnOx、ZnO、InOx、TiOx、氧化铟锡ITO和WOx中的至少一种。
15.一种具有纳米晶的薄膜，其中所述纳米晶由权利要求1所述的形成纳米晶的方法形成。
16.一种制造有机发光显示装置的方法，所述方法包括：
将包括所述有机发光显示装置的至少一些部件的衬底装载到腔室内；
将第一电压施加至第一目标以通过溅射在所述衬底上形成包括第一金属化合物的薄膜；以及
将第二电压施加至第二目标并且通过溅射在所述薄膜中形成纳米晶。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述有机发光显示装置包括：第一电极；中间层，包括有机发光层；第二电极；以及封装层，所述第一电极、所述第二电极、所述中间层和所述封装层位于所述衬底上；以及
内部形成有所述纳米晶的所述薄膜包含在所述封装层内。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述封装层包括有机层和无机层。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述无机层包括包含有所述纳米晶的所述薄膜。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述薄膜是非晶的。
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