CN104134736A - 半导体器件、透明金属网状电极及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明电极及其制作方法，在正装LED结构中使用透明的金属网状电极代替传统的退火ITO透明电极层形成欧姆接触。本发明使用自组装方法铺设周期性结构作为掩膜铺设金属电极，通过金属网格的孔洞实现电极的透明功能。并能通过控制金属薄膜孔洞面积占比来控制电极的光透过率。

Description

半导体器件、透明金属网状电极及其制作方法

技术领域

本发明属于微电子与半导体技术领域，涉及一种半导体器件、透明的金属网状电极及其制作方法。

背景技术

透明电极广泛应用于显示器，尤其触控显示，LED，太阳能电池等光电器件中。目前主流的透明电极技术是通过使用特殊的电极材料来实现的，应用最广泛的是ITO透明电极，另有石墨烯透明电极和MatalMesh作为新的技术路线是当前的研究热点。

目前ITO薄膜在透明电极应用中占有主流地位，广泛应用于薄膜晶体管(TFT)、LCD显示面板，太阳能电池，LED等光电器件中。对于ITO透明电极，是在基片上使用蒸发，溅射等多种方法镀上一层氧化铟锡膜制成。对于ITO膜的透过率和阻值则由In₂O₃和SnO₂的比例控制，膜层电阻率一般在5×10^-4Ω·cm左右，最好可达5×10^-5Ω·cm，已接近金属的电阻率；其光透过率则可达90％以上，但同时也存在机械稳定性差，铟资源日益稀少导致成本不断升高等问题。

对于石墨烯透明电极，在研究中有两种制备方法，一种是将石墨烯氧化物溶液旋涂在基底上，后在高温下还原；另一种是用CVD方法在金属镍或铜表面催化生长石墨烯后转移到其它基底上。目前已在研究中应用在LED、OLED、太阳能电池等器件。

对于MetalMesh技术，即使用极细的金属线组织成网格状做在触控传感器上取代ITO薄膜应用在触控显示上，其具备低阻抗优势，大约只有5-10Ω；成本也相对低廉，在大尺寸下成本优势更为显著。为避免肉眼看到金属线宽须做到10μm以下。其导电性能远优于ITO薄膜但同时纳米金属网栅线宽度仍在微米量级光学性能表现不甚理想。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种半导体器件、透明金属网状电极及其制作方法。根据本发明，在正装LED结构中使用透明的金属网状电极代替传统的退火ITO透明电极层形成欧姆接触。

根据本发明的一个方面，提出一种半导体器件，其包括衬底，金属网状电极，所述金属网状电极通过利用自组装方法获得的周期性图形作为掩膜蒸镀金属层，然后除去掩膜获得。

根据本发明的另一方面，还提出一种透明金属网状电极的制造方法，包括步骤：在衬底上铺设单层掩膜球；刻蚀减小掩膜球半经；在衬底上形成薄金属层；除去掩膜球。

本发明使用自组装方法铺设周期性结构作为掩膜铺设金属电极，通过金属网格的孔洞实现电极的透明功能。并能通过控制金属薄膜孔洞面积占比来控制电极的光透过率。具有潜在的光电器件，触控器件的应用潜力。

附图说明

图1为在衬底上铺设单层PS球的侧示图；

图2为经过等离子体刻蚀缩球后的侧示图；

图3为在铺设金属层后的侧示图；

图4为清洗PS球后的侧示图；

图5为清洗PS球后的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明使用自组装方法铺设周期性结构作为掩膜铺设金属电极，通过金属网格的孔洞实现电极的透明功能。并能通过控制金属薄膜孔洞面积占比来控制电极的光透过率。具有潜在的光电器件，触控器件的应用潜力。

本发明的方案与现有技术相比，具有对衬底，电极材料要求少，工艺程序简单易行，成本低廉，网格线宽灵活可控等优势。潜在应用广泛。如在LED结构中的p-GaN上铺设透明金属网状电极取代传统电极减少出射光损失，在显示面板基板上铺设代替ITO薄膜实现透明触控电极的功能，铺设在太阳能电池表面代替传统金属电极减少电极光反射的损失等。

下面以铺设聚苯乙烯微球(Polystyrene ball)即PS球形成周期性图形为例，但不仅限于PS球。

本发明提出的新型的纳米透明电极的制作方法包括如下步骤：

步骤1)：在衬底上铺设单层PS球；

如图1所示，在衬底101上使用提拉法铺设单层PS球102，其中衬底101可在保证与所使用金属电极材料浸润性的前提下选择蓝宝石，GaN，玻璃，硅片，陶瓷等材料。

步骤2)：通过等离子体刻蚀进行缩球工艺；

如图2所示，通过等离子体刻蚀方法处理铺设了PS球的衬底，获得保持了铺设时的密排结构但直径缩小了的PS球102，其中PS球102半径r缩减程度可通过控制等离子体刻蚀的工艺参数加以控制调节。

步骤3)：在刻蚀后带PS球的衬底上蒸镀薄金属层；

如图3所示，以缩球后的PS球102作为掩膜，在衬底101上外延金属薄膜103。其中金属薄膜103可通过蒸发，溅射等镀膜方法外延。由于电极透明是通过金属网格的孔洞所实现，故而所采用电极材料无特殊要求，可采用Au，Ag，Ni，Ti等根据与衬底的浸润性，电学性质，工艺条件，设备条件，造价等依据从实际需要出发进行选择。

步骤4)：机械清洗蒸镀金属后的衬底，除去PS球；

如图4所示，由于PS球102与衬底101粘附力差，会被机械清洗连带其上外延的金属薄膜一起轻易清除掉，而金属薄膜102保留下来，形成了如图5中所示的金属网格102。理想密排的情况下金属网格中孔洞101所占总网格面积比例与缩球前后PS球半径R，r相关，具体关系如公式：

$K=\frac{\sqrt{3}\mathrm{\π}}{6}{\left(\frac{r}{R}\right)}^2;$

即通过控制PS球缩球工艺进而实现控制纳米网格电极的光透过率K，可在约0-0.906间变动。

根据本发明的另一方面，提出了一种利用上述方法制造的透明金属网状电极，该金属网状电极通过利用自组装方法获得的周期性图形作为掩膜蒸镀金属层，然后除去掩膜获得。

根据本发明的再一方面，还提出了一种包含上述金属网状电极的半导体器件。

下面是本发明的具体应用示例

示例1，在正装LED结构中使用透明的金属网状电极代替传统的退火ITO透明电极层形成欧姆接触，具体包括步骤：

步骤1：清洗LED外延片；

步骤2：在LED外延片p-GaN结构上使用提拉法铺设PS球；

步骤3：使用等离子体刻蚀方法进行缩球；

步骤4：蒸镀10nm厚金属Pt；

步骤5：清洗去除PS球，获得透明金属Pt网状电极与p-GaN形成欧姆接触；

步骤6：进行光刻台面，金属网状电极腐蚀，ICP台面刻蚀等后续工艺。

示例2，参阅图1至图5，包括如下步骤：

步骤1：选择一清洗过的蓝宝石衬底，使用提拉法在表面铺设一单层直径900nm左右的PS球；

步骤2：使用等离子体刻蚀方法进行缩球，将PS球直径缩减到870nm左右；

步骤3：使用真空蒸发法在缩球后的衬底上蒸镀30nm厚的Ni金属层；

步骤4：清洗蒸镀金属后的衬底，去除PS球与其上覆盖的金属薄膜，获得一略带金属光泽的透明金属Ni网状薄膜电极层。

本发明不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的核心精神和范围，任何熟悉该技术的人在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变换或替换头应涵盖在本发明的保函范围之内。本发明的保护范围应以权力要求书的保护范围为准。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种半导体器件，，包括衬底，金属网状电极，其特征在于： 

所述金属网状电极通过利用自组装方法获得的周期性图形作为掩膜蒸镀金属层，然后除去掩膜获得。 

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述掩膜为直接铺设在衬底上的密排聚苯乙烯微球(PS球)，其大小通过缩球工艺参数控制。 

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，衬底可为蓝宝石，GaN，硅片，玻璃，陶瓷。 

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于可以通过控制铺设聚苯乙烯微球球的范围实现控制电极图形及线宽。 

5.根据权利要求1所述的半导体器件，所使用电极材料为Au，Ag，Ni，Pt。 

6.一种透明金属网状电极的制造方法，其特征在于包括如下步骤： 

在衬底上铺设单层掩膜球； 

刻蚀减小掩膜球半经； 

在衬底上形成薄金属层； 

除去掩膜球。 

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述掩膜球通过自组装方法铺设。 

8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述掩膜球为聚苯乙烯微球。 

9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：通过等离子刻蚀减小掩膜球半径。 

10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：通过蒸镀或溅射形成薄金属层。 

11.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：通过机械清洗除去掩膜球。 

12.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所使用衬底可为蓝宝石，GaN，硅片，玻璃，陶瓷。 

13.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所使用电极材料，为Au，Ag，Ni，Pt。 

14.一种透明金属网状电极，其特征在于：所述金属网状电极通过利用自组装方法获得的周期性图形作为掩膜蒸镀金属层，然后除去掩膜获得。