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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Abscheidung von Phosphormaterialien
in farbigen dielektrischen Wechselstrom-Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen.
Spezieller betrifft die Erfindung neue Verfahren, welche das Sputtern
eines einzigen Verbundtargets zur Abscheidung von Phosphormaterialien
mit einer Multielement-Zusammensetzung in dielektrischen Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen
beinhalten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wie
im U.S. Patent 5,432,015 beschriebene dielektrische Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen
umfassen eine dielektrische Dickfilm-Struktur, die für eine überlegene
Beständigkeit gegen
einen dielektrischen Durchschlag sowie für eine verringerte Betriebsspannung
im Vergleich zu TFEL-Anzeigevorrichtungen sorgt. Die dielektrische Dickfilmstruktur
hält, wenn
sie auf einem Keramiksubstrat abgeschieden wird, etwas höheren Verarbeitungstemperaturen
als TFEL-Vorrichtungen stand,
welche typisch auf Glassubstraten hergestellt werden. Diese gesteigerte
Hochtemperaturbeständigkeit
erleichtert das Tempern von Phosphorfilmen bei höheren Temperaturen, um deren
Leuchtkraft zu verbessern. Jedoch sind selbst mit dieser Verbesserung
weitere Verbesserungen der Anzeigeleuchtkraft und Farbkoordinaten
wünschenswert,
um mit laufenden Verbesserungen von Kathodenstrahlröhren(CRT)-Anzeigevorrichtungen
Schritt zu halten, insbesondere mit jüngsten Trends bei den CRT-Spezifikationen
in Richtung höherer
Leuchtkraft und höherer
Farbtemperatur.
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Eine
farbige dielektrische Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung
mit hoher Leuchtkraft erfordert, dass die Dünnfilm-Phosphormaterialien, die
für die
roten, grünen
und blauen Unterpixel verwendet werden, so gemustert sind, dass
das Emissionsspektrum für
jede Pixelfarbe maßgeschneidert ist,
um die Dämpfung
zu minimieren, die mit den optischen Filtern verbunden ist, welche
zum Erzielen der erforderlichen Farbkoordinaten für jedes
Unterpixel erforderlich sind sind. Für Anzeigevorrichtungen mit
relativ niedriger Auflösung
kann die Musterung durch Abscheiden der Phosphormaterialien mittels einer
Schattenmaske erzielt werden. Jedoch sorgt bei Hochauflösungs-Anzeigevorrichtungen
die Schattenmaskentechnik nicht für eine ausreichende Genauigkeit,
was erfordert, dass Photolithographieverfahren verwendet werden.
Photolithographietechniken, wie sie beispielhaft in der U.S. Patentanmeldung
Serial Nr. 09/540,228 aufgeführt
sind, erfordern die Abscheidung von Photoresist-Filmen und das Wegätzen oder
Abheben von Teilen des Phosphorfilms, um das erforderliche Muster
zu liefern. Ein solches Musterungsverfahren beinhaltet typisch die
anfängliche
Abscheidung eines Phosphormaterials für einen der roten, grünen oder
blauen Unterpixel, gefolgt von der Abscheidung einer Photoresist-Schicht, die
so gemustert ist, dass ausgewählte
Teile des abgeschiedenen Phosphorfilms über den anderen zwei Subpixel-Orten,
bei denen der zuerst abgeschiedene Phosphorfilm nicht erwünscht ist,
weggeätzt
werden können.
Die zweiten beiden Phosphorschichten können unter Verwendung eines
Abhebeverfahrens gemustert werden, und zwar aufgrund des darunterliegenden
Oberflächenrelief
der anfänglichen
gemusterten Schicht, welches die Freilegung der Ränder des
Photoresistfilms ermöglicht,
der unter der zweiten und dritten Phosphorschicht auf ihren entsprechenden
Pixeln liegt. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung eines Lösungsmittels,
das den Photoresist-Film auflöst,
wodurch ermöglicht
wird, dass diese Teile der Phosphorschicht, die über dem Resist liegen, abgehoben
werden, ohne aufgelöst
zu werden. Jedoch muss der anfängliche
Phosphorfilm im Allgemeinen durch ein direktes Ätzverfahren entfernt werden,
wenn der darüberliegende
Resist entfernt worden ist. Dies erfordert, dass das Phosphormaterial
in diesem Stadium des Verfahrens in dem Ätzmittel löslich ist. Stabile Phosphore
sind typisch nicht sehr löslich,
und es ist wünschenswert,
dass ein Phosphor in einer Vorstufenform als Film abgeschieden vorliegt, der
noch nicht vollständig
reagiert hat und weiterverarbeitet werden kann, um nach dem Ätzschritt
das stabile End-Phosphormaterial
zu bilden. Nichtsdestoweniger darf der Phosphorfilm in seiner Vorstufenform
während
des Ätzverfahrens
nicht auf nachteilige Weise mit der Verfahrensumgebung oder dem Ätzmittel
reagieren. Die Phosphore und Verfahren zur Verarbeitung dieser Phosphore,
die im Stand der Technik beschrieben sind, erfüllen diese Anforderungen nicht
vollständig,
und deshalb kann das Verhalten oder die Stabilität des End-Phosphors nachteilig beeinflusst
werden.
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Typisch
werden in farbigen Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen Ceraktiviertes
Strontiumsulfid für
blaue Phosphore und Mangan-aktiviertes Zinksulfid für rote und
rote grüne
Phosphore verwendet. Die optische Emission aus diesen Phosphormaterialien
muss durch ein geeignetes chromatisches Filter geleitet werden,
um die erforderlichen Farbkoordinaten für rote, grüne und blaue Unterpixel zu
erzielen, was einen Verlust an Luminanz und Energiewirkungsgrad
zur Folge hat. Der Mangan-aktivierte Zinksulfid-Phosphor weist einen
relativ hohen Energieumwandlungswirkungsgrad von elektrischer in
optische Energie von bis zu etwa 10 Lumen pro Watt Eingangsleistung
auf, und der Cer-aktivierte Strontiumsulfid-Phosphor weist einen
Energieumwandlungswirkungsgrad von 1 Lumen pro Watt auf, was für eine blaue
Emission relativ hoch ist. Jedoch ist die Spektralemission dieser
Phosphore ziemlich breit, wobei jene des Phosphormaterials auf Zinksulfid-Basis
das Farbspektrum von grün
bis rot überspannt
und jene des Materials auf Strontiumsulfid-Basis den Bereich von
blau bis grün überspannt, was
demgemäß die Verwendung
von optischen Filtern erfordert. Die Spektralemission des Cer-aktivierten
Strontiumsulfid-Phosphors kann zu einem gewissen Maß in Richtung
blau verschoben werden, indem man die Abscheidungsbedingungen und
die Aktivator-Konzentration steuert, aber nicht in dem Ausmaß, das benötigt wird,
um das Erfordernis für
ein optisches Filter auszuschalten.
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Es
sind alternative blaue Phosphormaterialien bewertet worden, welche
engere Emissionspektren aufweisen, welche so abgestimmt sind, dass
sie die Farbkoordinaten liefern, die für blaue Unterpixel erforderlich
sind. Diese umfassen Ceraktivierte Erdalkalithiogallat-Verbindungen.
Diese ergeben gute blaue Farbkoor dinaten, weisen aber eine relativ schlechte
Leuchtkraft und Stabilität
auf. Da die Wirtsmaterialien ternäre Verbindungen sind, ist es
relativ schwierig, die Stöchiometrie
der Phosphorfilme zu steuern. Europium-aktivierte Bariumthioaluminat-Phosphore
stellen ausgezeichnete Blaufarben-Koordinaten und eine höhere Luminanz
bereit, aber wiederum ist ihre Stöchiometrie, da sie eine ternäre Verbindung
sind, schwierig zu steuern.
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Es
sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um Phosphorfilme
abzuscheiden, die eine hohe Leuchtkraft liefern. Ein derartiges
Verfahren ist die Vakuumabscheidung von Phosphorfilmen, die Europium-aktiviertes
Bariumthioaluminat umfassen. Dies wird aus einem einzigen Quellenpellet
unter Verwendung von Sputtern oder Elektronenstrahlverdampfung bewerkstelligt,
jedoch hat dieses Verfahren keine Filme mit hoher Leuchtkraft geliefert.
Eine verbesserte Luminanz von Bariumthioaluminat-Phosphoren ist
unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens mit hüpfendem
Elektronenstrahl erzielt worden, um Folien aus zwei Quellenpellets
abzuscheiden. Die Stöchiometrie
des abgeschiedenen Phosphorfilms wird durch Steuerung der relativen
Verweilzeit des Elektronenstrahls gesteuert, welcher auf jedes der
beiden Quellenmaterialien auftrifft. Dieses Verfahren ist jedoch
nicht leicht hochskalierbar, um eine kommerzielle Produktion von
Anzeigevorrichtungen mit großer
Fläche
zu erleichtern, und weiter kann es nicht so gesteuert werden, dass Änderungen
der Verdampfungsgeschwindigkeiten aus den beiden Quellen kompensiert
werden, wenn die Abscheidung fortschreitet und die Quellenpellets abgereichert
werden.
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Ein
weiteres Verfahren, das verwendet wurde, um die Stöchiometrie
von abgeschiedenen Thioaluminat-Phosphoren zu verbessern, besteht
darin, mehr als eine Quelle für
die Abscheidung zu verwenden, was zusätzliche Steuerungen der relativen
Abscheidungsgeschwindigkeiten für
die verschiedenen Quellen erfordert. Die erforderlichen relativen
Verdampfungsgeschwindigkeiten müssen
für jedes
spezielle Abscheidungvorrichtungsstück kalibriert werden, und das
Erfordernis für
mehrere Quellen beschränkt
den Aufbau der Abscheidungsvorrichtung, was im Allgemeinen die Kosten
der Vorrichtung erhöht.
Weiter sind Verdampfungsverfahren nicht gut für die Abscheidung von Filmen
mit großer
Fläche geeignet, wie
sie für
die Herstellung von großen
elektronischen Anzeigevorrichtungen wie jenen für Wandfernseher-Anwendungen
erforderlich sind.
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Die
U.S. Patentanmeldung Serial Nr. 10/063,559 offenbart ein Phosphorfilm-Abscheidungsverfahren,
welches zwei Sputtertargets verwendet, um einen Seltenerd-aktivierten
Erdalkalithioaluminat-Phosphorfilm abzuscheiden. Eines der Sputtertargets
umfasst Aluminium und das andere Sputtertarget umfasst die verbleibenden
Bestandteile im Phosphor, typisch ein oder mehrere Erdalkalisulfide
und ein Seltenerdsulfid oder -oxid als Quelle der Aktivator-Spezies.
Die Verwendung von zwei Sputtertargets erleichtert die Modulation
der relativen Abscheidungsgeschwindigkeit der Materialien, die aus jeder
Quelle hervorgehen, was die Abscheidung eines laminierten Films
mit einer periodischen Zusammensetzung erleichtert, welche abwechselnd
viel und wenig Aluminium aufweist. Die Variation wird unter Verwendung
eines rotierenden oder oszillierenden Substrats erzielt, das alternierend
im Fluss von atomaren Spezies angeordnet ist, welche aus den jeweiligen
Targets gesputtert werden, und die Dicke der Schichten kann durch Änderung
der Rotationsgeschwindigkeit oder der Oszillationsgeschwindigkeit des
Substrats geändert
werden. Jedoch ist die Zusammensetzungsmodulation über die
Dicke der abgeschiedenen Schicht hinweg für eine anschließende Reaktion
der abgeschiedenen Materialien zur Bildung eines homogenen Einphasen-Phosphormaterials
problematisch, da atomare Spezies innerhalb des abgeschiedenen Films
diffundieren müssen,
um eine homogene Zusammensetzung auf atomarer Ebene zu erzielen.
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Das
U.S. Patent 6,447,654 offenbart das Sputtern von Thioaluminat-Phosphorfilmen
aus einem einzigen Target, das Aluminiumsulfid und Erdalkalisulfide
umfasst. Das Sputterverfahren kann verwendet werden, um ternäre oder
andere chemisch komplexe Phosphormaterialien, wie grün emittierendes
Magnesiumcalciumthioaluminat- und blau emittierende Bariummagnesiumthioaluminat-Phosphormaterial,
durch Anpassen der Targetzusammensetzung so abzuscheiden, dass sie
den unterschiedlichen Kondensationsgeschwindigkeiten der Zielelemente
auf dem Phosphorfilm-Substrat Rechnung trägt. Dieses Verfahren löst jedoch
nicht vollständig das
Problem der Bereitstellung eines Phosphorfilms, der sowohl geätzt werden
kann als auch im Anzeigenbetrieb stabil ist und gleichzeitig wirtschaftlich
für die
Abscheidung von Phosphorfilmen über
großen Flächen verwendet
werden kann.
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Obwohl
es mehrere unterschiedliche Verfahren gibt, um Phosphormaterialien
abzuscheiden, ist es wünschenswert,
ein Verfahren zur Abscheidung von Phosphormaterialien für dielektrische
Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen zu entwickeln,
das einen oder mehrere der Nachteile der Verfahren des Standes der
Technik überwindet.
Insbesondere ist es wünschenswert,
ein neues Abscheidungsverfahren zu entwickeln, durch welches ein
homogenes Einphasen-Phosphormaterial
mit minimaler Zusammensetzungsschwankung über der Oberfläche und
durch die Dicke des abgeschiedenen Phosphors hindurch auf eine Weise
abgeschieden wird, die für
große
Flächen,
wie sie für
die Herstellung von großen
elektronischen Anzeigevorrichtungen wie für Wand-Fernseher-Anwendungen
erforderlich sind, wirtschaftlich ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist ein neues Verfahren zur Abscheidung von
Multielement-Dünnfilm-Zusammensetzungen
auf großen
Flächen
und insbesondere von Dünnfilm-Phosphoren
für Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen
und insbesondere für
dielektrische Dickfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen. Das Verfahren
stellt Dünnfilm-Phosphore
mit hoher, aber gleichförmiger Leuchtkraft
und einer geeigneten und wünschenswerten
Emissionsfarbe bereit. Das Verfahren ermöglicht die Abscheidung eines
Phosphorfilms, der in einem Musterungsschritt geätzt und dann weiter zur Bildung
eines stabilen Phosphorfilms wärmebehandelt
werden kann. Das vorliegende Verfahren ist auch vorteilhaft, da
es die Strenge der Verfahrensbedingungen verringert, welche zur
Konditionierung der abgeschiedenen Phosphormaterialien erforderlich sind,
so dass es den Schaden für
die darunterliegende Substratstruktur während der Phosphor-Konditionierung
minimiert.
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Gemäß einem
Gegenstand eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Abscheidung einer Multielement-Dünnfilm-Zusammensetzung auf
einem Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
- – Sputtern
eines einzigen Verbundtargets mit zwei Komponentenphasen in einer
Niederdruck-Sputteratmosphäre,
die Gase umfasst, welche reaktive Spezies und unreaktive Spezies
enthalten, wobei die zwei Komponenten-Phasen metallische und nicht-metallische
Materialien enthalten, welche zu der Multielement-Dünnfilm-Zusammensetzung
beitragen; und
- – Variieren
des Drucks der reaktiven Spezies in der Sputteratmosphäre, um die
Sputtergeschwindigkeit der zwei Komponentenphasen des Verbundtargets
so zu steuern, dass bewirkt wird, dass sich das Verhältnis der
metallischen und nicht-metallischen Materialien in den zwei Komponentenphasen
in einem gewünschten
Verhältnis
als Multielement-Dünnfilm
auf dem Substrat abscheidet.
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Gemäß einem
Gegenstand eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Abscheidung einer Multielement-Dünnfilm-Phosphorzusammensetzung
auf einem Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
- – Sputtern
eines einzigen Verbundtargets mit zwei Komponentenphasen in einer
Niederdruck-Sputteratmosphäre,
die Gase umfasst, welche reaktive Spezies und unreaktive Spezies
enthalten, wobei die zwei Komponentenphasen metallische und nicht-metallische
Materialien enthalten, die zu der Phosphor-Zusammensetzung beitragen;
und
- – Variieren
des Drucks der reaktiven Spezies innerhalb der Sputteratmosphäre, um die
Sputtergeschwindigkeit der zwei Komponentenphasen des Verbundtargets
so zu steuern, dass bewirkt wird, dass sich das Verhältnis metallischen
und nicht-metallischen Materialien in den zwei Komponentenphasen
in einem gewünschten
Verhältnis
als Phosphorfilm auf dem Substrat abscheidet.
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Gemäß einem
weiteren Gegenstand eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird
ein Verbund-Sputtertarget zur Verwendung in Abscheidungsverfahren
zum Abscheiden einer Dünnfilm-Multielement-Phosphor-Zusammensetzung
bereitge stellt, wobei das Verbund-Sputtertarget zwei Komponentenphasen
umfasst, die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus:
- – einer
Matrixphase und einer Einschlussphase; und
- – zwei
Matrixphasen;
- – wobei
eine der Phasen ein oder mehrere metallische Materialien umfasst,
die zu der Phosphor-Zusammensetzung beitragen, und die andere der
Phasen die verbleibenden nicht-metallischen Materialien umfasst,
die zu der Phosphor-Zusammensetzung beitragen, wobei die zwei Komponentenphasen
vor der Abscheidung nicht miteinander reagieren.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einzelquellen-Sputterverfahren
zur Abscheidung einer Multielement-Dünnfilm-Phosphor-Zusammensetzung auf
einem Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
- a) Bereitstellen eines einzigen Verbundtargets, das
zwei Komponentenphasen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend
aus:
- – einer
Matrixphase und einer Einschlussphase; und
- – zwei
Matrixphasen;
- – wobei
eine der Phasen ein oder mehrere metallische Materialien umfasst,
die zu der Phosphor-Zusammensetzung beitragen, und die andere der
Phasen die verbleibenden nicht-metallischen Materialien umfasst,
die zu der Phosphor-Zusammensetzung beitragen, wobei die zwei Komponentenphasen
vor der Abscheidung nicht miteinander reagieren;
- b) Anordnen des einzigen Verbundtargets in einer Niederdruck-Sputteratmosphäre, die
Gase umfasst, welche reaktive Spezies und nicht-reaktive Spezies umfassen; und
- c) Anwenden von genügend
Leistung an dem Verbundtarget und Variieren des Drucks der reaktiven
Spezies innerhalb der Sputteratmosphäre, um die Sputtergeschwindigkeit
der Matrix- und Einschlussphase des Verbundtargets so zu steuern,
dass bewirkt wird, dass sich das Verhältnis der metallischen und
nicht-metallischen Materialien in den zwei Komponentenphasen in
einem gewünschten
Verhältnis
als Phosphor auf dem Substrat abscheidet.
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Gemäß noch einem
weiteren Gegenstand eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird
ein Einzelquellen-Sputterverfahren für die Abscheidung einer Multielement-Dünnfilm-Zusammensetzung
auf einem Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
- a) Bereitstellen eines einzigen Verbundtargets, das
zwei Komponentenphasen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend
aus:
- – einer
Matrixphase und einer Einschlussphase; und
- – zwei
Matrixphasen;
- – wobei
eine der Phasen ein oder mehrere metallische Materialien umfasst,
die zu der Dünnfilm-Zusammensetzung
beitragen, und die andere der Phasen die verbleibenden nicht-metallischen Materialien
umfasst, die zu der Dünnfilm-Zusammensetzung
beitragen, wobei die zwei Komponentenphasen vor der Abscheidung
nicht miteinander reagieren;
- b) Anordnen des einzigen Verbundtargets in einer Niederdruck-Sputteratmosphäre, welche
Gase umfasst, die reaktive Spezies und unreaktive Spezies enthalten;
und
- c) Anwenden einer Leistungsdichte von etwa 3 bis 5 Watt pro
cm2 an dem Verbundtarget und Variieren des
Drucks der reaktiven Spezies innerhalb der Sputter-Atmosphäre, um die
Sputtergeschwindigkeit der Matrix- und Einschlussphase des Verbundtargets
zu steuern, um zu bewirken, dass sich das Verhältnis der Elemente in den zwei Komponentenphasen
in einem gewünschten
Verhältnis
als Dünnfilm
auf dem Substrat abscheidet.
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In
Aspekten besteht das Verbund-Sputtertarget aus einer solchen Zusammensetzung,
dass ein Erdalkalithioaluminat- oder -thiooxyaluminat-Phosphorfilm beim
Sputtern des Verbundtargets in einer geeigneten Niederdruckatmosphäre von reaktivem Prozessgas
unter geeigneten Leistungsbedingungen abgeschieden wird. Eine Aktivator-Spezies,
die so ausgewählt
ist, dass sie die gewünschte
Lichtemissionsfarbe bereitstellt, wird ebenfalls zu der nicht-metallischen Einschlussphase
des Verbundtargets gegeben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich
jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele,
während
sie Ausführungsformen der
Erfindung angeben, nur zur Erläuterung
angegeben sind, da dem Fachmann vielfältige Änderungen und Modifikationen
innerhalb des Geists und Bereichs der Erfindung aus der detaillierten
Beschreibung ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der hierin gegebenen Beschreibung
und aus den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden, die lediglich zur
Erläuterung
angeboten werden und den beabsichtigten Bereich der Erfindung nicht
beschränken.
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1 zeigt
eine Zeichnung eines repräsentativen
Matrixabschnitts einer Ausführungsform
eines Verbund-Sputtertargets mit konzentrischen kreisförmigen Rillen,
die mit kompaktiertem Erdalkalisulfid zu füllen sind; und
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2 zeigt
eine Zeichnung eines repräsentativen
Matrixabschnitts einer weiteren Ausführungsform eines Verbund-Sputtertargets
mit einem sich schneidenden Satz von parallelen Rillen, die mit kompaktiertem
Erdalkalisulfid auszufüllen
sind.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist ein neues Verfahren zum Abscheiden von
Multielement-Dünnfilm-Zusammensetzungen
und insbesondere Multielement-Phosphor-Dünnfilm-Zusammensetzungen, die
eine hohe, aber gleichförmige
Leuchtkraft und wünschenswerte
Emissionsfarbe liefern. Das Verfahren erleichtert die Abscheidung
von homogenen Phosphorschichten mit minimaler Zusammensetzungsschwankung über der
Oberfläche
und durch die Dicke des abgeschiedenen Phosphors hindurch. Die Phosphore
werden innerhalb einer dielektrischen Dickfilm-Elektrolumineszenzvorrichtung
abgeschieden.
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Das
Verfahren liefert ein wirksames Mittel zur Steuerung der Stöchiometrie
von abgeschiedenen Filmen, insbesondere jenen, die drei oder mehr
atomare Spezies enthalten. Das Verfahren der Erfindung verwendet
das Sputtern eines einzigen Verbundtargets in einer Sputteratmosphäre, wobei
die relative Sputtergeschwindigkeit der Komponentenphasen in dem
Verbundtarget durch Ändern
der Zusammensetzung und des Drucks der reaktiven chemischen Spezies
in der Sputteratmosphäre
gesteuert wird. Das vorliegende Verfahren, das reaktives Sputtern
verwendet, ist vorteilhaft, da die Komponentenphasen des Verbundtargets
nicht miteinander reagieren, bis ein Sputtern bewirkt wird, und
die gesputterte Spezies dann miteinander oder weiteren atomaren oder
molekularen Spezies auf dem Substrat einer Oberfläche unter
Abscheidung reagieren. Auf diese Weise wird eine wünschenswerte
Phosphorschicht auf einem gewählten
Substrat abgeschieden.
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Das
Verfahren verwendet ein einziges Sputtertarget mit einer Verbundstruktur,
um einen Phosphorfilm mit einer chemischen Multielement-Zusammensetzung,
vorzugsweise einen Erdalkalithioaluminat-Phosphorfilm, abzuscheiden.
Eine Aktivator-Spezies (z.B. Cer oder Terbium oder Europium), die
so ausgewählt
ist, dass sie für
die gewünschte
Lichtemissionsfarbe sorgt, ist ebenfalls in dem Verbund-Sputtertarget
vorgesehen.
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Das
Verbund-Sputtertarget umfasst zwei Komponentenphasen, die eine Kombination
einer kontinuierlichen oder Matrixphase und einer diskontinuierlichen
oder Einschlussphase oder alternativ eine Kombination von zwei kontinuierlichen
Matrixphasen mit zwei sich durchdringenden Matrizes umfasst. Zusammen
tragen die zwei Phasen zu den Bestandteilen des Phosphors bei, einschließlich der
Aktivator-Spezies. Eine der Phasen, entweder Matrix oder Einschluss,
muss so hergestellt werden, dass sie elektrisch leitend und demgemäß ein metallisches
Material ist, und die andere Phase wird so hergestellt, dass sie
elektrisch nicht leitend und demgemäß ein nicht-metallisches Material
ist und auch die verbleibenden Bestandteile der Phosphorfilm-Zusammensetzung
enthält
und typisch den Aktivator enthält,
um für
die gewünschte
Lichtemissionsfarbe zu sorgen. Es ist jedoch möglich, den Aktivator dem metallischen
Material einzuverleiben. Die zwei Phasen reagieren nicht miteinander,
bis das Sputtern des Targets bewirkt wird.
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Das
metallische Material zur Verwendung bei der Herstellung der Matrix-
oder Einschlussphase des Verbundtargets wird aus einem Metall oder
einer thermisch und elektrisch leitenden Legierung ausgewählt. In
Aspekten der Erfindung, bei denen es gewünscht wird, eine Dünnfilm-Erdalkalithioaluminat-Phosphor-Zusammensetzung
oder eine Dünnfilm-Erdalkalithiooxyaluminat-Phosphor-Zusammensetzung
abzuscheiden, wird das Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Aluminium, Gallium und Indium. Bei Gallium liegt die Verbundtarget-Temperatur
vorzugsweise unter dem Schmelzpunkt von Gallium, um den mechanischen
Zusammenhalt des Targets aufrechtzuerhalten. Obwohl es auch erforderlich
ist, bei den anderen Metallen unterhalb des Schmelzpunkts zu verbleiben,
weisen Indium und Aluminium im Vergleich zu Gallium höhere Schmelzpunkte
auf.
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Das
nicht-metallische Material zur Verwendung bei der Herstellung der
Matrix- oder Einschlussphase
des Verbundtargets besteht typisch aus einem oder mehreren Sulfid-
oder Oxidmaterialien, wie einem oder mehreren Erdalkalisulfiden
und einem Seltenerdsulfid oder -oxid als Quelle der Aktivator-Spezies.
Wiederum ist in Aspekten der Erfindung, bei denen es gewünscht wird,
eine Dünnfilm-Erdalkalimetallthiooxyaluminat-Phosphor-Zusammensetzung abzuscheiden,
das nicht-metallische Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus einem Sulfid, Oxysulfid und Oxid eines Elements aus den Gruppen IIA
oder IIB des Periodensystems der Elemente. Die Aktivator-Spezies
ist am typischsten in dem nicht-metallischen Material eingeschlossen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verbundtarget eine Kombination aus einer Matrixphase
und einer Einschlussphase, wobei die Matrixphase des Verbundtargets
metallisch ist und die Einschlussphase nicht-metallisch ist, da dies das Sputtern
bei höheren
Leistungsdichten ermöglicht. Die
Verwendung einer Matrixphase, die metallisch ist, versorgt das Target
mit kontinuierlicher elektrischer Leitung, um eine elektrische Aufladung
des Targets während
des Sputtervorgangs zu verhindern. Jedoch kann in gewissen anderen
Ausführungsformen
des Verbundtargets die Matrixphase so hergestellt sein, dass sie
nicht-metallisch ist und die Einschlussphase metallisch ist, wobei
die verringerte Ladungsdissipation und die verringerte Wärmebscheidung
im Hinblick auf ein Sputtern bei niedrigerer Leistungsdichte toleriert
wird. In noch weiteren Ausführungsformen
kann das Verbundmaterial zwei Matrixphasen umfassen, eine metallische
und die andere nicht-metallisch.
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Das
Verbund-Sputtertarget wird so bereitgestellt, dass das Verhältnis der
freiliegenden Oberfläche
des metallischen Materials der Matrixphase zu dem nicht-metallischen Material
der Einschlussphase in der aktiven Sputterzone während des Sputterverfahrens
im Wesentlichen konstant bleibt und im Bereich von etwa 0,1 bis
0,7 und in einigen Aspekten im Bereich von etwa 0,2 bis 0,6 liegt.
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Wiederum
ist es in einer bevorzugten Ausführungsform
des Verbundtargets wünschenswert, dass
die Matrixphase ein metallisches Material umfasst, welches ein Metall
oder eine thermisch und elektrisch leitende Legierung ist, wobei
die Einschlussphase ein nicht-metallisches Material ist, bei dem
es sich um eine chemische Verbindung oder eine Mischung davon handelt,
welche nicht elektrisch leitfähig
ist. Die elektrisch leitende Phase kann ein kontinuierliches Netzwerk
oder eine kontinuierliche Matrix bilden, welche(s) die nicht-leitende
Phase enthält,
so dass Ladung, die aus dem Sputterverfahren akkumuliert wird, aus
dem Verbundtarget abgeführt werden
kann, um höhere
Sputtergeschwindigkeiten zu erleichtern. Das Verbundtarget ist so
aufgebaut, dass die Abmessungen der nicht-metallischen Bereiche ausreichend klein
sind, damit während
des Sputterverfahrens die während
des Sputterverfahrens akkumulierte elektrische Ladung ausreichend
zu der metallischen Komponente entladen werden kann. Das Verbundtarget
ist auch so aufgebaut, dass es eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um zu ermöglichen,
dass die Verbundtarget-Temperatur gesteuert werden kann, selbst
bei hohen Sputtergeschwindigkeiten von bis zu etwa 2 Nanometern
pro Sekunde und einer Leistungsdichte von bis zu 4,5 Watt pro Quadratzentimeter
Verbundtarget-Fläche.
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Das
Verbund-Sputtertarget der vorliegenden Erfindung kann mehrere verschiedene
Ausführungsformen
und Formen annehmen, wie oben beschrieben, abhängig davon, ob die Matrixphase
so hergestellt wird, dass sie das bzw. die metallische(n) Material(ien)
umfasst, und auch abhängig
davon, ob die Matrix- und Einschlussphase oder alternativ zwei Matrixphasen
zur Bereitstellung der Bestandteile der Phosphor-Zusammensetzung
vorliegen. Zum Beispiel kann das Verbund-Sputtertarget eine Metallscheibe
(die eine Matrixphase darstellt) sein, die auf der aktiven Sputteroberfläche mit
einem Netzwerk von Rillen graviert ist, wobei die Rillen mit einem nicht-leitenden
Sputtermaterial (das eine Einschlussphase darstellt) gefüllt werden.
Bei einer speziellen Anwendung für
Thioaluminatphosphore beträgt
die Breite der Rillen etwa 2–3
Millimeter und beträgt
der Abstand zwischen den Rillen etwa 3 Millimeter. Eine repräsentative
Zeichnung des Targets ist in 1 gezeigt.
Diese Ausführungsform
des Verbund-Sputtertargets ist für
kontinuierliches In-line-Sputtern geeignet, bei dem die Abscheidungssubstrate
mit einer konstanten Geschwindigkeit an dem Target vorbei gescannt
werden.
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Eine
weitere Form des Verbund-Sputtertargets ist eine Metallscheibe (die
eine Matrixphase darstellt), in der die aktiv gesputterte Oberfläche im Wesentlichen
gleich beabstandete konzentrische Rillen aufweist, wobei die Rillen
mit einem nicht-leitenden Sputtermaterial (das eine Einschlussphase
darstellt) gefüllt
sind. Die Breite der Rillen beträgt
etwa 5–6
Millimeter und der Abstand zwischen den Rillen beträgt etwa
2 Millimeter. Wegen des großen
Maßstabs
der Ungleichförmigkeit
der Target-Oberfläche
ist diese Ausführungsform
des Verbund-Sputtertargets
besonders für
Sputtersysteme geeignet, bei denen das zu sputternde Substrat weiter
von dem Target entfernt ist als in der vorangehenden Form einer
gravierten Metallscheibe, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben
wurde. Eine repräsentative
Zeichnung dieses Verbundtargets ist in 2 gezeigt.
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Das
Verbund-Sputtertarget kann auch in Form einer porösen Platte
der Nichtmetall-Phase (die eine Matrixphase darstellt) vorliegen,
welche durch partielles Sintern gebildet wird, gefolgt von einer
Infusion der zusammen hängenden
Porosität
der Platte mit geschmolzenem Metall (das eine zweite Matrixphase
darstellt), das die Metallkomponenten der Phosphor-Zusammensetzung
liefert. In dieser Ausführungform
durchdringen die zwei Matrixphasen (eine metallische und eine nicht-metallische)
einander. Diese Form des Verbund-Sputtertargets
weist den Vorteil einer leichten Herstellung auf und stellt zusätzlich eine
zusammenhängende
Metallphase mit kontinuierlicher elektrischer Leitfähigkeit
und hoher Wärmeleitfähigkeit
bereit, was für
Ladungsdissipation sorgt und die Wärmeabfuhr vom Target zur Regulierung
der Target-Temperatur erleichtert.
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Noch
eine weitere Form des Verbund-Sputtertargets ist eine Matrix der
Nicht-Metallphase
(die eine Matrixphase darstellt), in der einzelne Metallkörper eingebettet
sind, die Kugeln oder Pellets der Metallmaterialien (die eine Einschlussphase
darstellen) umfassen. Diese Form des Verbund-Sputtertargets sorgt
nicht für
den Vorteil der Ladungsdissipation oder hohen Wärmedissipation, kann aber bei
geringen Sputtergeschwindigkeiten verwendet werden.
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Das
Sputtern des Verbundtargets wird in einer Niederdruck-Sputteratmosphäre durchgeführt, die
Gase umfasst, welche reaktive und unreaktive Spezies enthalten.
Die Sputteratmosphäre
umfasst eine oder mehrere reaktive chemische Spezies, die mit der
Oberfläche
einer oder beider der Komponentenphasen des Verbundtargets reagieren,
so dass die relative Sputtergeschwindigkeit pro freiliegende Oberflächeneinheit
der zwei Komponentenphasen als Funktion des Partialdrucks der reaktiven
Spezies gesteuert wird. Die reaktive Spezies in der Sputteratmosphäre kann
eine Schwefel-tragende Verbindung sein, die ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Schwefelwasserstoff, atomarem Schwefel
und zweiatomigem Schwefel, und kann deren Mischungen umfassen. Unreaktive
Spezies, die in der Sputteratmosphäre anwesend sind, können zum
Beispiel aus Argon, Stickstoff und jedem bzw. allen Inertgas(en)
und deren Mischungen ausgewählt
sein. Auf diese Weise kann die Zusammensetzung des abgeschiedenen
Films unabhängig
von der relativen Fläche
der aktiv gesputterten Oberflächen
der jeweiligen Phasen des Verbundtargets gesteuert werden. Da die
metallische (zum Beispiel Aluminium-) und Erdalkali-Komponente der abgeschiedenen
Filmzusammensetzung anfänglich
physikalisch innerhalb der Verbundstruktur des Targets auseinandergehalten werden,
reagieren sie nicht miteinander, bevor sie auf dem Abscheidungssubstrat
abgeschieden werden.
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In
diesem Aspekt der Erfindung wird die nominale relative Konzentration
der auf dem Target abzuscheidenden atomaren Spezies durch das Verhältnis der
freiliegenden Oberfläche
innerhalb der aktiven Sputterzone der zwei Komponentenphasen des Verbundtargets
in Verbindung mit der Zusammensetzung und dem Druck der reaktiven
Spezies in den Sputteratmosphären-Gasen
und durch Steuerung der tatsächlichen
Zusammensetzung während
des Sputterprozesses mittels Regulieren des Drucks und der Zusammensetzung
der reaktiven Spezies in der Sputteratmosphäre eingestellt. Der Druck und
die Zusammensetzung der reaktiven Spezies in der Sputteratmosphäre wird
durch Steuerung der Injektionsrate der jeweiligen reaktiven Spezies,
welche das reaktive Prozessgas zusammensetzten, in der Sputteratmosphäre in Relation
zur Reaktionsrate der reaktiven Spezies in der Abscheidungskammer
und der Pumpgeschwindigkeit der Gase, welche die Sputteratmosphäre zusammensetzen,
aus der Abscheidungskammer reguliert. Die Möglichkeit, die relative Sputtergeschwindigkeit
aus den zwei Komponentenphasen des Verbundtargets zu ändern, ermöglicht eine
Flexibilität
bei der Einstellung der relativen Oberfläche der Target-Komponenten,
um andere Erfordernisse, wie eine ausreichende Ladungsdissipation und
leichte Target-Herstellung, zu erfüllen. Wieder wird das Verbund-Sputtertarget
derart bereitgestellt, dass das Verhältnis der freiliegenden Oberfläche des Metallmaterials
einer der Komponentenphasen des Verbundtargets zu der der nicht-metallischen
Materialien einer der Komponenten-Phasen des Verbundstoffs in der aktiven
Sputterzone während
des Sputterprozesses im Wesentlichen konstant bleibt und im Bereich
von etwa 0,1 bis 0,7 und in einigen Aspekten im Bereich von etwa
0,2 bis 0,6 liegt. Die Steuerung des Sputterprozesses, um die gewünschte Zusammensetzung
des abgeschiedenen Films zu erzielen, ist relativ einfach, wobei
sie nur die Regulierung des Partialdruckes der reaktiven Spezies,
wie zum Beispiel der Schwefel-tragenden Komponente, in den Sputteratmosphären-Gasen
erfordert.
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Geeignete
Drücke
zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung betragen
etwa 0,05 Pa bis etwa 0,3 Pa.
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Die
Abscheidung kann in jedem derzeitigen RF-Magnetron-Sputtersystem
vorgenommen werden, wie jenen, die von EdwardsTM,
UlvacTM, LeyboldTM usw.
auf dem Markt sind, welches mit einem Gasinjektions- und Abluftsystem
ausgestattet ist, das Schwefelwasserstoff und andere reaktive Prozessgas-Spezies handhaben
kann und eine Abscheidungssubstrat-Heizeinrichtung aufweist. Das
Sputtern kann bei Leistungen von etwa 3 bis 5 Watt pro cm2 durchgeführt werden.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung umfasst das Verbund-Sputtertarget eine Aluminiummetall-Matrixphase
und ist die nicht-leitende Einschlussphase ein Seltenerd-dotiertes
Erdalkalisulfid. Die reaktive Spezies in der Sputteratmosphäre ist Schwefelwasserstoff
oder atomarer oder zweiatomiger Schwefel im Partialdruckbereich
von etwa 0,05 Pa bis etwa 0,3 Pa. Der Partialdruck der Schwefel-tragenden
Spezies wird in Übereinstimmung
mit dem Verhältnis
der freiliegenden Oberfläche
der metallischen und nicht-metallischen Komponente des Verbundtargets
in der aktiven Sputterzone innerhalb der Sputteratmosphäre eingestellt,
um zu bewirken, dass sich das Verhältnis der Elemente in den zwei Komponenten
sich in dem gewünschten
Verhältnis auf
dem Phosphorfilm-Substrat abscheidet. Die RF-Leistung, die auf das
Target angewendet wird, liegt im Bereich von etwa 3 bis 5 Watt pro
Quadratzentimeter und bevorzugter im Bereich von etwa 3,3 bis 4,5
Watt pro Quadratzentimeter. Die Sputtergeschwindigkeit aus der Aluminium-Matrixphase
ist eine abnehmende Funktion des Schwefelwasserstoff- oder Schwefeldrucks
als Ergebnis einer zunehmenden Passivierung der Aluminiumoberfläche mit einem
Aluminiumsulfid. Im Gegensatz dazu ist die Sulfid-Einschlussphase
praktisch unabhängig
vom Schwefelwasserstoff- oder Schwefeldruck. So ist bei einem gegebenen
Target das Verhältnis
von Aluminium zu Barium im abgeschiedenen Film eine abnehmende Funktion
des Verhältnisses
von Schwefelwasserstoff zu Argon in der Sputterabscheidungsatmosphäre.
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Wenn
etwas Sauerstoff in der Sputteratmosphäre vorhanden ist, hängt die
minimale erforderliche Sputtergeschwindigkeit vom zulässigen Sauerstoffgehalt
im abgeschiedenen Film und dem rückständigen Sauerstoffgehalt
in der Sputteratmosphäre
ab. Typisch reagiert Sauerstoff in der Sputteratmosphäre mit dem
abgeschiedenen Film, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit von der
Zusammensetzung des Films und der Anwesenheit von adsorbiertem Wasser
oder anderen katalytischen Spezies abhängt. Der Sputterprozess wird
in ausreichend kurzer Zeit durchgeführt, damit der maximale Sauerstoffgehalt im
Film nicht überschritten
wird, und daher muss die Sputtergeschwindigkeit ausreichend sein,
um die Abscheidung in dieser Zeit zu beenden. Die Verfahrensbedingungen
können
auf andere Weise optimiert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen,
wie es der Fachmann auf dem Gebiet des Sputterns versteht.
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Zusammenfassend
ermöglicht
das vorliegende Verfahren die Abscheidung von Multielement-Phosphor-Dünnfilmen,
die eine hohe, aber gleichförmige
Leuchtkraft und wünschenswerte Emissionsfarbe
bereitstellen. Das Verfahren erleichtert die Abscheidung von homogenen
Phosphor-Schichten mit minimaler Zusammensetzungsschwankung über der
Oberfläche
und durch die Dicke des abgeschiedenen Phosphors hindurch. Insbesondere
werden die Phosphore innerhalb einer dielektrischen Dickfilm-Elektrolumineszenzvorrichtung abgeschieden,
wie sie zum Beispiel im U.S. Patent 5,432,015 (dessen Offenbarung
hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird) beschrieben ist. Kurz
gesagt, wird die Anzeigevorrichtung typisch auf einem starren wärmebeständigen Substrat
durch ein Verfahren konstruiert, welches die erste Abscheidung der
unteren Elektrodenstruktur, dann die Abscheidung der dicken dielektrischen
Struktur und schließlich
die Abscheidung einer Dünnfilm-Struktur,
welche Phosphore enthält,
und eines oberen Leiters beinhaltet, welcher optisch transparent
ist. Das Tempern des Phosphor-Materials kann bei einer Temperatur
von etwa 700°C
bis etwa 1100°C
durchgeführt
werden, wie es der Fachmann versteht. Die gesamte Struktur wird
mit einer Versiegelungsschicht bedeckt, welche die Dick- und Dünnfilm-Strukturen
vor einem Abbau aufgrund von Feuchtigkeit oder anderen atmosphärischen
Verunreinigungen schützt.
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Die
in den folgenden Beispielen enthaltenden Daten sind auf Bariumthioaluminat-Phosphore mit einem
Bereich von elementaren Verhältnissen beschränkt, aber
es versteht sich, dass das Verfahren auf Thioaluminat-, Thiogallat-
und Thioaluminat-Zusammensetzungen
in Kombination mit einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe
IIA und IIB des Periodensystems der Elemente und Thioxyaluminate,
Thiooxygallate und Thiooxyindate in Kombination mit einem oder mehreren
Elementen aus der Gruppe IIA und IIB des Periodensystems der Elemente
ausgedehnt werden kann.
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Die
vorstehende Offenbarung beschreibt die vorliegende Erfindung allgemein.
Ein vollständigeres Verständnis kann
mit Bezug auf die folgenden speziellen Beispiele erhalten werden.
Diese Beispiele werden allein für
die Zwecke der Erläuterung
beschrieben und sollen den Bereich der Erfindung nicht beschränken. Änderungen
der Form und der Einsatz von Äquivalenten
werden in Betracht gezogen, wenn die Umstände es nahelegen oder vorteilhaft
machen. Obwohl hierin spezielle Ausdrücke verwendet worden sind,
sind derartige Ausdrücke
in einem beschreibenden Sinn und nicht für die Zwecke der Beschränkung gedacht.
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Beispiel 1
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Eine
Reihe von Bariumaluminiumsulfid-Phosphorfilmen wurde unter Verwendung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung abgeschieden. Die Targets
waren Aluminiumscheiben mit einem Durchmesser von 7,6 Zentimetern
mit zwei Sätzen
von sich schneidenden parallelen Rillen. Die Rillen wurden mit einem
nicht-leitenden
Sputtermaterial gefüllt.
Die Breite der Rillen betrug 2 Millimeter und der Abstand zwischen
den Rillen betrug 3 Millimeter. Die Tiefe der Rillen betrug 4 Millimeter.
Die Rillen wurden mit Bariumsulfid gefüllt, das mit 5 Molprozent Europiumsulfid
dotiert war. Das Bariumsulfid wurde gepresst, um es innerhalb der
Rillen zu kompaktieren. Eine Ansicht von oben ist in 2 gezeigt.
Während
des Sputterns wurden 150 Watt RF-Leistung an dem Target angewandt.
Die Sputteratmosphäre
wurde durch Einführen
von Argon mit 7 Standard-Kubikzentimetern
pro Minute (sccm) und Schwefelwasserstoff mit 4 sccm in die Sputterkammer
errichtet, um einen Arbeitsdruck von etwa 0,093 Pa aufrechtzuerhalten.
Dies ergab ein Partialdruckverhältnis
von Argon zu Schwefelwasserstoff von 1,75:1. Unter diesen Bedingungen
betrug die Abscheidungsgeschwindigkeit 13,3 Angstrøm pro
Sekunde. Die Sputterzeit betrug etwa 5 Minuten, was eine Phosphor-Filmdicke von
etwa 400 Nanometern lieferte. Die Filme wurden auf einem Dickfilmsubstrat
abgeschieden, das eine Aluminiumoxidbasis umfasste, auf der eine
Goldelektrode abgeschieden war, gefolgt von einer dielektrischen
Dickfilm-Verbundschicht und dann einer Dünnfilm-Bariumtitanatschicht, welche unter Verwendung der
in der U.S. Patentanmeldung 09/761,971 beschriebenen Techniken abgeschieden
wurden. Nach der Abscheidung wurden die Filme in situ bei einer Temperatur
von etwa 730°C
in der Sputterkammer ohne Unterbrechung des Vakuums, aber mit Einführung von
Sauerstoff bei einem Druck von etwa 1 Pa wärmebehandelt.
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Die
Substrate mit abgeschiedenen Phosphoren wurden zu vollständigen Elektrolumineszenzvorrichtungen
fertiggestellt, indem man eine dünne
Aluminiumoxidschicht auf dem Phosphor abschied und eine transparente
Indiumzinnoxid-Leiterschicht auf der Aluminiumoxidschicht abschied,
um eine zweite Vorrichtungselektrode zu bilden. Die Vorrichtungen wurden
unter Verwendung von 40 Mikrosekunden breiten Spannungspulsen abwechselnder
Polarität mit
einer Spannungsamplitude von 60 Volt über der optischen Schwellenspannung
getestet, wobei die optische Schwellenspannung die Spannung war,
bei der die Vorrichtung Licht mit einer Leuchtkraft von mehr als
1 Candela pro Quadratmeter zu emittieren begann. Die Pulsfrequenz
betrug 240 Hertz. Die Vorrichtung zeigte eine optimale Schwellenspannung von
138 Volt und eine blaue Luminanz von 133 Candela pro Quadratmeter
mit einer CIE y-Koordinate von
0,106.
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Das
Verhältnis
von Aluminium zu Barium im Phosphorfilm betrug etwa 4:4, wie es
durch chemische Analyse eines Films gemessen wurde, der auf einem
Siliciumwafer abgeschieden wurde, welcher während der Abscheidung neben
dem Vorrichtungsubstrat angeordnet war. Die Leistung des gesputterten
Phosphors in dieser Vorrichtung war jener von Phosphoren überlegen,
die unter Verwendung von bekannten Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren
abgeschieden wurden.
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Beispiel 2
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Es
wurde eine Elektrolumineszenzvorrichtung ähnlich jener von Beispiel 1
hergestellt, außer dass
die Abscheidungsgeschwindigkeit 12 Angstrøm pro Sekunde anstelle von
13 Angstrøm
pro Sekunde betrug, der Arbeitsdruck etwa 0,086 Pa anstelle von 0,093
Pa betrug und die Tempertemperatur nach der Abscheidung etwa 760°C anstelle
von 730°C
betrug. Die Leistung dieser Vorrichtung war jener von Beispiel 1 ähnlich,
mit einer Schwellenspannung von 153 Volt, einer Luminanz von 126
Candela pro Quadratmeter mit einer CIE y-Koordinate von 0,126. Dies demonstrierte,
dass, obwohl die Leistung etwas von der Tempertemperatur abhängt, etwas
Schwankung bei der Tempertemperatur ohne ernste Beeinträchtigung
der Vorrichtungsleistung akzeptabel war.
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Beispiel 3
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Es
wurde eine Elektrolumineszenzvorrichtung ähnlich jener von Beispiel 1
hergestellt, außer dass
in das Target konzentrische kreisförmige Rillen anstelle der sich
schneidenden parallelen Rillen, wie in 2 gezeigt,
zur Einführung
des Europium-dotierten Bariumsulfids eingeritzt waren. Zum Sputtern betrug
das Verhältnis
von Argon zu Schwefelwasserstoff in der Sputteratmosphäre sieben
Volumenteile zu zwei Volumenteile, der Arbeitsdruck betrug etwa 0,19
Pa und die Abscheidungsgeschwindigkeit betrug etwa 10,9 Angstrøm pro
Sekunde. Die Vorrichtung war mit einer dielektrischen Siliciumnitrit-Dünnfilmschicht
auf dem Phosphorfilm anstelle einer Aluminiumoxidschicht versehen.
Die Luminanz dieser Vorrichtung betrug 98 Candela pro Quadratmeter, weniger
als jene von Beispiel 1 und 2. Die Sputtergeschwindigkeit war aufgrund
des Verhältnisses
von freiliegendem Aluminium zu freiliegendem Bariumsulfid auf der
Oberfläche
des Targets etwas langsamer als jene der ersten zwei Beispiele.
Es wurde angenommen, dass hauptsächlich
die dielektrische Siliciumnitrit-Schicht für die verringerte Luminanz
im Vergleich zu jener der ersten zwei Beispiele verantwortlich war.
Es ist möglich,
dass etwas des Luminanzunterschieds auf der Änderung des Verhältnisses
von Aluminium zu Barium beruhte, welches durch Änderungen der Target-Konfiguration
und Abscheidungsbedingungen verursacht wurde.
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Beispiel 4
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Es
wurde eine Elektrolumineszenzvorrichtung ähnlich jener von Beispiel 1
hergestellt, außer das
Target eine Scheibe aus kompaktiertem Europiumdotiertem Bariumsulfid-Pulver
war, in dem Pellets aus Aluminiummetall gleichförmig dispergiert waren. Der
Pellet-Durchmesser betrug etwa 4 Millimeter und das Verhältnis von
Aluminium zu Bariumsulfid im Target wurde so eingestellt, dass ein
Verhältnis
der Flächen
von freiliegendem Aluminium zu freiliegendem Bariumsulfid von etwa
1:5 geliefert wurde. Andere Unterschiede waren ein Verfahrensatmosphärendruck
von 0,16 Pa anstelle von 0,073 Pa und eine Sputtergeschwindigkeit
von 6,4 Angstrøm
pro Sekunde anstelle von 13,3 Angstrøm pro Sekunde. Die Vorrichtung
war auf der Phosphorschicht mit einer Siliciumnitrit-Schicht versehen.
Eine niedrigere Abscheidungsgeschwindigkeit hatte eine längere Abscheidungszeit
und daher eine Kontaminierung des Phosphors mit Sauerstoff während der
Abscheidung zur Folge. Der höhere
Sauerstoffgehalt kann für
die niedrigere Luminanz von 83 Candela pro Quadratmeter und die
höhere
CIE y-Koordinate von 0,14 verantwortlich sein, welche für diese
Vorrichtung gemessen wurden. Die verschobene y-Koordinate könnte auch
einer Änderung
im Verhältnis
von Aluminium zu Barium zuzuschreiben sein.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung hierin in Einzelheiten beschrieben wurden, versteht
der Fachmann, dass Abwandlungen dabei vorgenommen werden können, ohne
vom Bereich der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.