CN108022863A - 一种水蒸气氧化退火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水蒸气氧化退火系统。所述退火系统包括：退火装置、水蒸气发生装置、水氧检测仪、比例阀、控制器和气体导管，其中，所述水蒸气发生装置与所述退火装置通过所述气体导管连接，所述比例阀设置在所述气体导管上；所述水氧检测仪设置在所述退火装置中且与所述控制器连接，所述水氧检测仪用于检测所述退火装置中的水氧率数据；所述控制器与所述比例阀的控制端连接，所述控制器用于根据所述水氧率数据发出开度控制信号，所述比例阀根据所述开度控制信号控制流过所述比例阀的气体量。本发明提供的退火系统能够使水蒸气氧化退火处理过程中的水氧率保持恒定，从而提高有源层薄膜和绝缘层薄膜的质量，进一步提升薄膜晶体管的性能。
Description
技术领域
本发明涉及退火处理领域，特别是涉及一种水蒸气氧化退火系统
背景技术
近年来，薄膜晶体管作为液晶显示以及有机发光二极管有源驱动的开关器件，得到了广泛的应用。真空方法制备薄膜晶体管已经开始商业化，但是制造设备价格昂贵、成本高等因素严重制约了其使用范围。而现有的喷墨打印、丝网印刷和溶液旋涂等制备薄膜晶体管方法虽然制造成本低，但是在制备有源层薄膜和绝缘层薄膜的过程中需要进行水蒸气氧化退火处理。但是，现有的水蒸气氧化退火处理中都是一次性通入设定量的水蒸气，退火处理开始阶段水氧率太高，而在结束阶段水氧率又太低，使整个氧化过程无法充分均匀的进行，导致形成的有源层薄膜和绝缘层薄膜的缺陷增多，薄膜晶体管性能下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种水蒸气氧化退火系统，能够使水蒸气氧化退火处理过程中的水氧率保持恒定，从而提高有源层薄膜和绝缘层薄膜的质量，进一步提升薄膜晶体管的性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种水蒸气氧化退火系统，所述退火系统包括：退火装置、水蒸气发生装置、水氧检测仪、比例阀、控制器和气体导管，其中，
所述水蒸气发生装置与所述退火装置通过所述气体导管连接，所述比例阀设置在所述气体导管上；
所述水氧检测仪设置在所述退火装置中且与所述控制器连接，所述水氧检测仪用于检测所述退火装置中的水氧率数据；所述控制器与所述比例阀的控制端连接，所述控制器用于根据所述水氧率数据发出开度控制信号，所述比例阀根据所述开度控制信号控制流过所述比例阀的气体量。
可选的，所述退火系统包括与所述控制器连接的报警装置，所述控制器用于当所述水氧率数据大于设定的上限阈值或小于设定的下限阈值时，向所述报警装置发出报警指令，所述报警装置用于根据所述报警指令发出报警信号。
可选的，所述报警装置包括分别与所述控制器连接的指示灯和蜂鸣器。
可选的，所述退火系统还包括设置在所述退火装置上的第一泄压阀，所述退火装置的腔体通过所述第一泄压阀的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
可选的，所述退火系统还包括设置在所述退火装置中的第一气压测量装置，且所述第一气压测量装置与所述控制器连接。
可选的，所述退火系统还包括设置在所述水蒸气发生装置上的第二泄压阀，所述水蒸气发生装置的腔体通过所述第二泄压阀的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
可选的，所述退火系统还包括设置在所述水蒸气发生装置中的第二气压测量装置，且所述第二气压测量装置与所述控制器连接。
可选的，所述退火系统还包括显示器，用于显示所述水氧率数据、所述第一气压测量装置测量的所述退火装置中的气压数据。
可选的，所述显示器还用于显示所述第二气压测量装置测量的所述水蒸气发生装置中的气压数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的水蒸气氧化退火系统，在退火装置中有水氧检测仪，在退火装置和水蒸气发生装置的气路通道上设置有比例阀，控制器根据设定的水氧率与实时检测的水氧率的差值，控制比例阀的开度，从而调节输入退火装置中的水蒸气量，使退火装置中的水氧率保持在45％到50％之间，使整个退火处理过程中的氧化反应充分均匀的进行，从而有效提高有源层薄膜和绝缘层薄膜的质量，进一步提升薄膜晶体管的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的退火系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的退火装置的结构示意图；
图3为氧化锌锡透明导电薄膜的器件转移特性曲线对比图；
图4为氧化钨锌锡透明导电薄膜的器件转移特性曲线对比图。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种水蒸气氧化退火系统，能够使水蒸气氧化退火处理过程中的水氧率保持恒定，从而提高有源层薄膜和绝缘层薄膜的质量，进一步提升薄膜晶体管的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的退火系统的结构示意图。图2为本发明实施例提供的退火装置的结构示意图。如图1和图2所示，一种水蒸气氧化退火系统包括：退火装置1、水蒸气发生装置2、水氧检测仪3、比例阀4、控制器5、气体导管6、报警装置7，其中，
所述退火装置1与所述水蒸气发生装置2通过所述气体导管6连接，所述比例阀4设置在所述气体导管上。退火装置1中设置有石英架13，用于放置样品薄膜，图2中的箭头表示水蒸气流向。
所述水氧检测仪3设置在所述退火装置1中且与所述控制器5连接，所述水氧检测仪3用于检测所述退火装置1中的水氧率数据；所述控制器5与所述比例阀4的控制端连接，所述控制器5用于根据所述水氧率数据发出开度控制信号，所述比例阀4根据所述开度控制信号控制流过所述比例阀4的气体量。
所述报警装置7与所述控制器5连接，当所述水氧率数据大于设定的上限阈值或小于设定的下限阈值时，所述控制器5向所述报警装置7发出报警指令，所述报警装置7根据所述报警指令发出报警信号。本实施例中，所述报警装置7包括分别与所述控制器5连接的指示灯和蜂鸣器。
如图1所示，所述退火系统还包括设置在所述退火装置1上的第一泄压阀8和设置在所述退火装置1中的第一气压测量装置9。所述第一气压测量装置9与所述控制器5连接，所述退火装置1的腔体通过所述第一泄压阀8的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
进一步地，所述退火系统还包括设置在所述水蒸气发生装置2上的第二泄压阀10和设置在所述水蒸气发生装置2中的第二气压测量装置11。所述第二气压测量装置10与所述控制器5连接所述，水蒸气发生装2的腔体通过所述第二泄压阀10的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
本实施例中，第一泄压阀8和第二泄压阀10均设置有两套泄压控制回路，一套属于硬件泄压控制，通过泄压阀自身的机械结构实现泄压，另一套控制回路属于软件控制回路，通过将第一泄压阀8和第二泄压阀10分别与控制器5连接实现。当第一气压测量装置9检测的气压值大于设定阈值时，控制器发出泄压控制信号给第一泄压阀8，第一泄压阀8开启进行泄压。同样地，当第二气压测量装置11检测的气压值大于设定阈值时，控制器发出泄压控制信号给第二泄压阀10，第二泄压阀10开启进行泄压。
本实施例中，所述退火系统还包括显示器12，用于显示所述水氧率数据、所述第一气压测量装置9测量的所述退火装置1中的气压数据、所述第二气压测量装置11测量的所述水蒸气发生装置2中的气压数据。
本发明提供的水蒸气氧化退火系统能够控制退火装置中的水氧率，使整个退火处理过程中的氧化反应充分均匀的进行，从而有效提高有源层薄膜和绝缘层薄膜的质量，进一步提升薄膜晶体管的性能。
下面分别将本发明提供的退火系统用于喷墨印刷法和溶液旋涂法中进行说明：
(一)采用喷墨印刷法在玻璃衬底材料上制备氧化锌锡透明导电薄膜。
(1)将普通玻璃载片作为衬底，分别采用分析纯丙酮、酒精和去离子水依次对衬底进行超声波清洗，将玻璃衬底清洁、烘干后喷墨打印氧化锌锡溶液使薄膜图案化；
(2)薄膜打印完成后进行预退火，退火温度为150℃，退火时间为10分钟，气氛为空气；
(3)将薄膜样品放入退火装置的石英架上13，将退火装置温度升温至400℃，在控制器5中设定水氧率为48％±a％，开始退火处理，其中a表示常数，本实施例中a＝3。图3所示为采用普通退火装置和本发明提供的退火装置处理后的器件转移特性曲线，可见，器件迁移率上升，开关比提升两个数量级，亚阈值摆幅减小，器件性能明显提升。
(二)采用溶液旋涂法在玻璃衬底材料上制备氧化钨锌锡透明导电薄膜。
(1)将普通玻璃载片作为衬底，分别用分析纯丙酮、酒精和去离子水对衬底进行超声波清洗，将玻璃衬底清洁、烘干后旋涂氧化钨溶液，匀胶机转速为3000rpm/s；
(2)薄膜旋涂完成后进行预退火，退火温度为150℃，退火时间为10分钟，气氛为空气；
(3)将薄膜样品放入退火装置的石英架13上，将退火装置温度升温至400℃，在控制器5中设定水氧率为48％±a％，开始退火处理，其中a表示常数，本实施例中a＝3。图4所示为采用普通退火装置和本发明提供的退火装置处理后的器件转移特性曲线，可见，器件迁移率上升，开关比提升两个数量级，亚阈值摆幅减小，器件性能明显提升。
本发明提供的退火装置，利用水氧检测仪实时检测退火装置中的水氧率，控制器根据水氧率数据调节比例阀的开度，从而实时调控通入退火装置中的水蒸气量，使退火装置中的水氧率维持设定状态，通过实时检测退火装置内的状态可避免退火过程中由于水蒸气过量导致薄膜表面缺陷增多的问题。而且，本发明提供的退火系统属于全自动控制系统，在提升器件性能的同时还能极大地节约人力成本与时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统包括：退火装置、水蒸气发生装置、水氧检测仪、比例阀、控制器和气体导管，其中，
所述水蒸气发生装置与所述退火装置通过所述气体导管连接，所述比例阀设置在所述气体导管上；
所述水氧检测仪设置在所述退火装置中且与所述控制器连接，所述水氧检测仪用于检测所述退火装置中的水氧率数据；所述控制器与所述比例阀的控制端连接，所述控制器用于根据所述水氧率数据发出开度控制信号，所述比例阀根据所述开度控制信号控制流过所述比例阀的气体量。
2.根据权利要求1所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统包括与所述控制器连接的报警装置，所述控制器用于当所述水氧率数据大于设定的上限阈值或小于设定的下限阈值时，向所述报警装置发出报警指令，所述报警装置用于根据所述报警指令发出报警信号。
3.根据权利要求2所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述报警装置包括分别与所述控制器连接的指示灯和蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统还包括设置在所述退火装置上的第一泄压阀，所述退火装置的腔体通过所述第一泄压阀的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
5.根据权利要求4所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统还包括设置在所述退火装置中的第一气压测量装置，且所述第一气压测量装置与所述控制器连接。
6.根据权利要求1所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统还包括设置在所述水蒸气发生装置上的第二泄压阀，所述水蒸气发生装置的腔体通过所述第二泄压阀的开启与关闭实现与外界连通与隔绝。
7.根据权利要求6所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统还包括设置在所述水蒸气发生装置中的第二气压测量装置，且所述第二气压测量装置与所述控制器连接。
8.根据权利要求5所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述退火系统还包括显示器，用于显示所述水氧率数据、所述第一气压测量装置测量的所述退火装置中的气压数据。
9.根据权利要求8所述的水蒸气氧化退火系统，其特征在于，所述显示器还用于显示所述第二气压测量装置测量的所述水蒸气发生装置中的气压数据。
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