CN1979909A - 光散射层、结结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种包括纳米颗粒的用于电子器件的光散射层、包括所述光散射层的用于薄膜晶体管的结结构和及其形成方法。一种用于电子器件的光散射层包括含有由Si或金属构成的纳米颗粒的碳化物－半金属或碳化物－金属。在根据本发明实施例的用于薄膜晶体管的结结构内，在包括(ZnS) 1－x (SiC) x、W1－xCx、Ta1－xCx和Mo1－xCx的第一保护层和第二保护层之间插入光散射层，其中0＜x＜1。可以分别在第一保护层和光散射层之间以及散射层和第二保护层之间插置包括M1－y ((ZnS) 1－x (SiC) x) y、M1－y (W1－xCx) y、M1－y (Ta1－xCx) y和M1－y (Mo1－xCx) y的第一和第二帽盖层，其中，0＜x＜1、0＜y＜1，并且M为Si、Ta、W或Mo。在执行形成每一层的过程之后不破坏真空状态的情况下，就地依次形成所述层。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电子器件的光散射层、包括所述光散射层的电结结构(electric junction structure)及其形成方法，更具体而言，涉及一种包括纳米颗粒的用于电子器件的光散射层、由保护层-光散射层-保护层结构构成的薄膜晶体管的结结构及其形成方法。
背景技术
常规薄膜晶体管器件采用在光纤内放大信号的技术。很多研究工作集中在如何采用光学非线性效应在光纤内放大信号上。但是，为了提高放大灵敏度，必须使光纤增长加宽，因此增大了含有光纤的放大器主体的尺寸。在电子器件的制造极为强调微型化的今天，这一点是非常不利的。
此外，就电子电路领域而言，在过去的几十年里已经开发出了采用PNP-NPN结和Josephsen结的各种技术。PNP-NPN结与双极晶体管结合使用，采用诸如电子和空穴的两种载流子放大信号。Josephsen结与超导体结合使用。采用PNP-NPN结和Josephsen结的技术主要是电子电路领域的成就。在这些技术当中，Josephsen结的制造及其在电子电路中的应用最为常见。Josephsen结采用具有9.2K的超导转变温度Tc的低温超导体Nb和具有93K的超导转变温度Tc的高温超导体Y1Ba2Cu3O7-x(YBCO)。在高温超导体YBCO薄膜中，在液氮的沸点之上发生超导转变。由于YBCO薄膜的能隙大于低温超导体内的能隙，因此YBCO薄膜有利于应用到高速电子电路当中。但是，由于YBCO薄膜在其复杂的结构的影响下对氧掺杂敏感，因此难以一致地制造大量的结，并且难以将其应用在集成电路的制造当中。
作为利用常规结技术采用Josephsen结的方法的例子，有人提出了一种采用YBCO的三层结结构。这一常规技术在真空中淀积下部YBCO薄膜，采用Ar等离子体重整(reform)YBCO薄膜的表面，并连续淀积上部YBCO薄膜，由此形成了具有三层结构的Josephsen结。但是，由于Josephsen结对复合氧化物材料的敏感性，通过这一常规方法难以复制具有Josephsen结形式的标准结，从而难以将其应用于集成电子电路。
发明内容
本发明提供了一种用于电子器件的光散射层，其具有改善的规则性和可再现性。
本发明还提供了一种形成用于电子器件的光散射层的方法，所述光散射层具有改善的规则性和可再现性。
本发明还提供了一种包括用于电子器件的光散射层的薄膜晶体管的结结构，其具有改善的规则性和可再现性，可以以应用于集成电子电路当中的适当级别实现对其的规则制造，其通过光散射放大信号，并且可以将其直接应用于微型化集成电子器件的制造。
本发明还提供了一种形成包括用于电子器件的光散射层的薄膜晶体管的结结构的方法，其可以直接用来制造微型化的集成电子器件，并且所述方法简单。
根据本发明的一方面，提供了一种用于电子器件的光散射层，其包括含有由Si或金属构成的纳米颗粒的碳化物-半金属或碳化物-金属。所述纳米颗粒可以包括Si、Ta、W或Mo。所述光散射层可以包括由(MC)1-xMx表示的材料(其中M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)。
根据本发明的另一方面，提供了一种形成用于电子器件的光散射层的方法，包括：在衬底上形成由(MC)1-xMx表示的层(其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)；以及对所述层进行热处理，从而在所述层内生成包括M的纳米颗粒。
可以在100～1000℃的温度下执行所述热处理，在执行所述热处理的过程中可以施加激光功率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于薄膜晶体管的结结构，包括：第一保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物(其中0＜x＜1)；光散射层，其形成于所述第一保护层上，并且具有包括纳米颗粒的碳化物-半金属或碳化物-金属，所述纳米颗粒包括Si或金属；以及第二保护层，其形成于所述光散射层上，并且包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物(其中0＜x＜1)。
所述用于薄膜晶体管的结结构还可以包括：第一帽盖层，其形成于所述第一保护层和所述光散射层之间，并且包括掺有硅或金属的碳化物层；以及第二帽盖层，其形成于所述光散射层和所述第二保护层之间，并且包括掺有硅或金属的碳化物层。
所述第一帽盖层和所述第二帽盖层可以分别包括从由M1-y((ZnS)1-x(SiC)x)y、M1-y(W1-xCx)y、M1-y(Ta1-xCx)y和M1-y(Mo1-xCx)y构成的集合中选出的一种掺杂碳化物(其中，0＜x＜1、0＜y＜1，并且M为Si、Ta、W或Mo)。
根据本发明的另一方面，提供了一种形成用于薄膜晶体管的结结构的方法，包括：在衬底上形成第一保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物(其中0＜x＜1)；在所述第一保护层上形成光散射层，其包括(MC)1-xMx(其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)；对所述光散射层进行热处理，由此在所述光散射层内产生包括M的纳米颗粒；以及在所述光散射层上形成第二保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物(其中0＜x＜1)。
所述形成用于薄膜晶体管的结结构的方法还可以包括：在形成所述光散射层之前在所述第一保护层上形成第一帽盖层，所述第一帽盖层包括掺有硅或金属的碳化物层。此外，所述形成用于薄膜晶体管的结结构的方法还可以包括：在对所述光散射层实施所述热处理之前在所述光散射层上形成第二帽盖层，所述第二帽盖层包括掺有硅或金属的碳化物层。
在不破坏在先过程的真空状态的情况下，在执行形成每一层的在先过程之后，就地依次形成所述第一保护层、所述第一帽盖层、所述光散射层和所述第二帽盖层。
根据本发明，采用包括碳化物-半金属或碳化物-金属，即(MC)1-xMx(其中M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)的光散射层实现微型化集成电子器件。出于这一目的，形成包括保护层-光散射层-保护层的三层结构，形成包括保护层-帽盖层-光散射层-帽盖层-保护层的五层结构，由此使在光散射层内生成纳米颗粒变得容易，并防止产生不规则结，所述不规则结有可能产生于保护层-帽盖层-光散射层的每一界面内。此外，在采用所述的包括光散射层的结结构制造光散射薄膜晶体管时，所述薄膜晶体管的信号放大效果是现有的双极晶体管的信号放大效果的60倍或更高，可以通过显著降低结结构的厚度制造微型化的集成电子电路。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1A到图1G是按顺序过程示出了根据本发明的实施例的薄膜晶体管的结结构的形成方法的截面图，所述薄膜晶体管的结结构包括用于电子器件的光散射层。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更为充分地描述本发明，附图中展示了本发明的优选实施例。
图1A到图1G是示出了根据本发明的实施例的薄膜晶体管的结结构的形成方法的截面图，所述薄膜晶体管的结结构包括可以应用于电子器件当中的光散射层。
参考图1A，衬底10包括从由GaN、Al2O3、SiC、ZnO、LiAlO2、LiGaO2、MgO和SrTiO3或者其组合构成的集合中选出的任何一种。
在衬底10上形成第一保护层20。第一保护层20包括碳化物，其形成厚度为10～300nm左右。第一保护层20包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx(其中，各x均满足0＜x＜1)构成的集合中选出的至少一种碳化物。
参考图1B，在第一保护层20上形成第一帽盖层30。
第一帽盖层30包括掺有Si或金属的碳化物层，其形成厚度为大约0.5～2nm。例如，第一帽盖层30包括从由M1-y((ZnS)1-x(SiC)x)y、M1-y(W1-xCx)y、M1-y(Ta1-xCx)y和M1-y(Mo1-xCx)y(其中，0＜x＜1、0＜y＜1，M为Si、Ta、W或Mo)构成的集合中选出的至少一种掺杂碳化物。
参考图1C，在第一帽盖层30上形成光散射层(light scattering layer)40。光散射层40包括碳化物-半金属(semimetal)或碳化物-金属，即(MC)1-xMx(其中，M为Si、Ta、W或Mo，0＜x＜1)。
形成第一保护层20和第一帽盖层30的材料(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx与形成光散射层40的材料(MC)1-xMx具有相同的晶体结构，并且具有几乎相同的晶格常数，从而确保光散射层40的外延生长是沿直线前进的(straightforward)。此外，形成光散射层40的原子M，即Si、Ta、W和Mo，具有非常短的扩散距离，因而有可能利用低功率激光产生纳米量级的光散射颗粒。
将光散射层40形成为具有大约2～50nm的厚度。
参考图1D，采用与参考图1B描述的第一帽盖层30的形成方法相同的方式在光散射层40上形成第二帽盖层50。将第二帽盖层50形成为具有大约0.5～2nm的厚度。例如，第二帽盖层包括从由M1-y((ZnS)1-x(SiC)x)y、M1-y(W1-xCx)y、M1-y(Ta1-xCx)y和M1-y(Mo1-xCx)y(其中，0＜x＜1、0＜y＜1，M为Si、Ta、W或Mo)构成的集合中选出的至少一种掺杂碳化物。
通过诸如溅射、脉冲激光淀积、化学气相淀积、双离子束淀积、电子束蒸发或旋涂的方法形成按照参考图1A到图1D的描述形成的第一保护层20、第一帽盖层30、光散射层40和第二帽盖层50。为了在形成第一保护层20、第一帽盖层30、光散射层40和第二帽盖层50所采用的淀积过程中获得外延多层结构，采用处于25～400℃的处理温度。
此外，在不破坏每一在先过程中的真空状态的情况下，就地(in-situ)依次淀积第一保护层20、第一帽盖层30、光散射层40和第二帽盖层50。这种就地形成第一保护层20、第一帽盖层30、光散射层40和第二帽盖层50的方法不允许这些层在其形成过程中暴露至空气当中，由此防止了由污染引起的结不规则，并提高了采用这种方法形成的结的可再现性。因此，可以在没有污染的情况下，采用相对直接的方法以良好的可再现性形成可用于集成电子电路中的保持一致的结。
参考图1E，在形成第二帽盖层50之后，对图1D所示的所得结构进行热处理60，由此生成光散射层40内的纳米颗粒42，所形成的纳米颗粒42用于对光进行散射。纳米颗粒42具有几纳米到几十纳米的平均直径，并且包括从由形成光散射层40的材料(即Si、Ta、W和Mo)构成的集合中选出的一种材料。
在大约100～1000℃的温度下执行热处理60。在执行热处理60时，可以向包括光散射层40的结构施加具有大约1～20mW的功率的激光。向光散射层40施加激光加速了纳米颗粒42的产生，所形成的纳米颗粒42的作用在于对光进行散射。
之后，对热处理60之后所得的结构的第二帽盖层50、光散射层40和第一帽盖层30进行构图，由此形成具有预期图案的布线电路结构(未示出)。通过普通光刻工艺和离子铣削(ion milling)工艺执行构图。在执行形成布线电路结构的构图过程时，如果有必要也可以对第一保护层20构图。
参考图1F，采用与参考图1A描述的第一保护层20的形成方法相同的方式在第二帽盖层50上形成第二保护层70。所形成的第二保护层70具有大约10～300nm的厚度。第二保护层70包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx(其中，各x均满足0＜x＜1)构成的集合中选出的至少一种碳化物。通过溅射法、脉冲激光淀积法、化学气相淀积、双离子束淀积法、电子束蒸发法或旋涂法形成第二保护层70。在执行形成第二保护层70的淀积过程时，采用大约25～400℃的处理温度。
参考图1G，去除第二保护层70和第二帽盖层50的部分以暴露光散射层40的上表面的一部分。之后，在光散射层40的暴露部分上形成电极焊盘80。电极焊盘80包括，例如，Pt、Ag、Mg、In、Al、Au、Ag、W、Mo、Ta、Ti、Co、Ni或Pd。
在根据本发明的实施例的包括可用于电子器件当中的光散射层的薄膜晶体管的结结构的形成方法中，可以不执行图1B和图1D所示的形成第一帽盖层30和第二帽盖层50的过程。
如上所述，根据本实施例的包括用于电子器件的光散射层的薄膜晶体管的结结构为P-L-P结，所述P-L-P结是采用保护层(P)-光散射层(L)-保护层(P)的结结构，以及采用光散射层40形成的，光散射层40包括碳化物-半金属或碳化物-金属，即(MC)1-xMx(其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)。就地执行P-L-P结的形成过程，并且依次生长所有的层。由于就地依次淀积多个层，因而防止了各层由于受到暴露而被空气污染，由此能够形成更具有可再现性的结结构。
此外，在按照图1A到图1G图示的过程形成由保护层-帽盖层-光散射层-帽盖层-保护层构成的五层结构时，在光散射层内更易于生成纳米颗粒，从而更易于避免形成不规则结，这种不规则结很可能形成于由保护层-帽盖层-光散射层构成的结结构内的层与层之间。这是因为在保护层和帽盖层之间形成了避免产生成分不规则性的化学配比(stoichiometric)层。在采用图1G所示的结结构制造光散射薄膜晶体管时，其信号放大效果比现有双极晶体管的信号放大效果强大约60倍以上。此外，由于所述结结构的总厚度为大约十纳米到几百纳米，因此有可能采用本发明的结结构制造微型化电子电路。
根据本发明，采用包括碳化物-半金属或碳化物-金属，即(MC)1-xMx(其中M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1)的光散射层实现微型化集成电子器件。在包括生成纳米颗粒的碳化物-半金属材料或碳化物-金属材料的光散射层中，由于Si、Ta、W或Mo原子能够与碳良好地成键，因此易于实现材料的适当定量比。而且，由于所述层具有良好的规则性和可再现性，因此相对较容易实现结结构。在包括所述光散射层的保护层-光散射层-保护层三层结结构的制造方法中，就地依次生长每一层，由此防止层暴露于空气当中并受到污染，由此以高可再现性完成结的制造。此外，保护层-帽盖层-光散射层-帽盖层-保护层的五层结结构使得在光散射层内生成纳米颗粒更为容易，并防止了在保护层-帽盖层-光散射层内的每一界面处形成不规则结。这是因为可以在保护层和帽盖层之间形成避免产生成分不规则性的化学配比层。在采用根据本发明实施例的包括光散射层的结结构制造光散射薄膜晶体管时，其信号放大效果比现有双极晶体管的信号放大效果强大约60倍以上。此外，由于所述结结构的总厚度大约为十纳米到几百纳米，因此有可能制造出微型化的集成电子电路。
尽管已经参考其示范性实施例特别展示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将要理解，可以在其中做出多种形式和细节上的变化而不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围。
本申请要求2005年12月8日提交的韩国专利申请No.10-2005-0119474和2006年4月4日提交的韩国专利申请No.10-2006-0030508的权益，在此将其全文引入以供参考。
Claims (18)
1.一种用于电子器件的光散射层，其包括具有碳化物-半金属或碳化物-金属的层，所述碳化物-半金属或碳化物-金属含有包括Si或金属的纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的光散射层，其中，所述纳米颗粒包括Si、Ta、W或Mo。
3.根据权利要求1所述的光散射层，其中，所述层包括由(MC)1-xMx表示的材料，其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1。
4.一种形成用于电子器件的光散射层的方法，包括：
在衬底上形成由(MC)1-xMx表示的层，其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1；以及
对所述层进行热处理，由此在所述光散射层内产生包括M的纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在100～1000℃的温度下执行所述热处理。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在实施所述热处理的过程中，向所述层上照射激光。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在执行所述热处理的过程中施加具有1～20mW的功率的激光。
8.一种用于薄膜晶体管的结结构，包括：
第一保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物，其中0＜x＜1；
光散射层，其形成于所述第一保护层上，并且具有包括纳米颗粒的碳化物-半金属或碳化物-金属，所述纳米颗粒包括Si或金属；以及
第二保护层，其形成于所述光散射层上，并且包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物，其中0＜x＜1。
9.根据权利要求8所述的结结构，还包括：
第一帽盖层，其形成于所述第一保护层和所述光散射层之间，并且包括掺有硅或金属的碳化物；以及
第二帽盖层，其形成于所述光散射层和所述第二保护层之间，并且包括掺有硅或金属的碳化物。
10.根据权利要求9所述的结结构，其中，所述第一和第二帽盖层包括从由M1-y((ZnS)1-x(SiC)x)y、M1-y(W1-xCx)y、M1-y(Ta1-xCx)y和M1-y(Mo1-xCx)y构成的集合中选出的一种掺杂碳化物，其中，0＜x＜1、0＜y＜1，并且M为Si、Ta、W或Mo。
11.根据权利要求8所述的结结构，其中，所述衬底包括从由GaN、Al2O3、SiC、ZnO、LiAlO2、LiGaO2、MgO和SrTiO3构成的集合中选出的一种材料。
12.根据权利要求8所述的结结构，其中，所述光散射层具有2～50nm的厚度。
13.根据权利要求8所述的结结构，其中，所述第一和第二保护层具有10～300nm的厚度。
14.根据权利要求9所述的结结构，其中，所述第一和第二帽盖层具有0.5～2nm的厚度。
15.一种形成用于薄膜晶体管的结结构的方法，包括：
在衬底上形成第一保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物，其中0＜x＜1；
在所述第一保护层上形成光散射层，其包括(MC)1-xMx，其中，M为Si、Ta、W或Mo，并且0＜x＜1；
对所述光散射层进行热处理，由此在所述光散射层内产生包括M的纳米颗粒；以及
在所述光散射层上形成第二保护层，其包括从由(ZnS)1-x(SiC)x、W1-xCx、Ta1-xCx和Mo1-xCx构成的集合中选出的一种碳化物，其中0＜x＜1。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在形成所述光散射层之前在所述第一保护层上形成第一帽盖层，所述第一帽盖层包括掺有硅或金属的碳化物；以及
在对所述光散射层实施所述热处理之前在所述光散射层上形成第二帽盖层，所述第二帽盖层包括掺有硅或金属的碳化物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在执行形成每一层的过程之后不破坏真空状态的情况下，就地依次形成所述第一保护层、所述第一帽盖层、所述光散射层和所述第二帽盖层。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，在25～400℃的温度下形成所述第一保护层、所述第一帽盖层、所述光散射层和所述第二帽盖层。
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