EP3105779A1 - Beschichtungszusammensetzung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Beschichtungszusammensetzung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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EP3105779A1
EP3105779A1 EP15703571.8A EP15703571A EP3105779A1 EP 3105779 A1 EP3105779 A1 EP 3105779A1 EP 15703571 A EP15703571 A EP 15703571A EP 3105779 A1 EP3105779 A1 EP 3105779A1
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EP
European Patent Office
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solvent
yttrium
coating composition
composition according
solvents
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15703571.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Duy Vu Pham
Dennis Weber
Felix JAEHNIKE
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP3105779A1 publication Critical patent/EP3105779A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H10P14/6939—Inorganic materials composed of oxides, glassy oxides or oxide-based glasses the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal oxynitrides or metal oxycarbides characterised by the metal
    • H10P14/69396—Inorganic materials composed of oxides, glassy oxides or oxide-based glasses the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal oxynitrides or metal oxycarbides characterised by the metal the material containing at least one rare earth metal element, e.g. oxides of lanthanides, scandium or yttrium

Definitions

  • the present invention relates to a coating composition preparable from at least one yttrium-containing precursor, to a process for its preparation and to its use.
  • indium oxide-containing semiconductor layers are of great interest.
  • indium oxide-containing semiconductor layers produced by liquid-phase processes have the disadvantage of not having sufficiently good electrical properties
  • yttria-containing layers as particularly suitable stabilizer layers for indium oxide semiconductor layers (Nomura et al., Applied Physics Letters 99, 053505-1 - 053505-3 (201 1); Nomura et al., Thin solid Films 520 (2012) 3378-3782; US 2012/0097957 A1).
  • the yttria-containing layers described there are produced in a very complicated manner by methods such as CVD methods, e-beam evaporation and PLD (Pulsed Laser Deposition). It would therefore be desirable to this in itself
  • US 2012/0104381 A1 discloses z.
  • liquid-phase methods or sol-gel methods for producing yttria-containing layers are disclosed not described.
  • Sol-gel Process for the preparation of yttria-containing layers are z. B. in the diploma thesis of Rudolph Rippstein (1993) described.
  • aqueous processes for producing yttria-containing layers are prior art.
  • the aqueous gel solutions of yttrium precursors described therein do not lead to stabilizer layers which
  • the object of the present invention to provide coating compositions which are particularly suitable as stabilizer layers for indium oxide-containing layers. It was particularly desirable to be able to use these coating compositions to be able to produce transistors with stabilizer layers arranged above semiconductor layers, which have the lowest possible turn-on voltages and furthermore have particularly small shifts in the turn-on voltages in negative and positive bias stress tests (NBST or PBST).
  • the present objects are achieved by the coating composition according to the invention, which can be prepared from at least one yttrium-containing precursor, a solvent A and a different solvent A solvent B, wherein the ratio of the vapor pressure of the solvent A at 20 ° C to the vapor pressure of the solvent B at 20 ° C
  • a coating composition is a liquid formulation which is suitable for the production of coatings, in particular for the production of yttrium-containing coatings.
  • the coating composition according to the invention is preferably a coating composition suitable for printing, slot-die or spin-coating processes. Most preferably, the coating composition according to the invention is a coating composition suitable for printing processes, ie a printing ink.
  • yttrium-containing “precursor” is to be understood as meaning a soluble or dispersible yttrium-containing chemical compound which, after printing a corresponding composition, can be converted to an oxide yttrium-containing layer, in particular an yttrium oxide layer "Yttrium-containing" precursor is to be understood as meaning a precursor which has at least one yttrium atom.
  • the coating composition according to the invention furthermore has at least two solvents A and B.
  • the solvents A and B are selected such that the quotient of the vapor pressure at 20 ° C of the im Compared to solvent B more volatile solvent A and the vapor pressure at 20 ° C of less volatile compared to the solvent A solvent B is greater than or equal to 10.
  • the determination of the vapor pressures takes place via the static determination method known to the person skilled in the art. In this method, the vapor pressure is measured, which is in the thermodynamic equilibrium in the closed system at a given
  • the solvent A is not only more volatile than the solvent B, but furthermore has the highest vapor pressure in comparison to all solvents present in the coating composition.
  • the solvent B is not only less volatile than the solvent A, but also has the lowest vapor pressure in comparison with all those in the
  • the formulations according to the invention can be prepared not only from the at least one yttrium-containing precursor and the at least two solvents, but also contain the at least one precursor and the at least two solvents. The same applies equally to the precursors of all preferred embodiments described below.
  • the at least one yttrium-containing precursor can have exclusively yttrium as (semi-) metal atoms.
  • (half) metals are meant metals and semi-metals.
  • the at least one precursor may be complementary to yttrium
  • all precursors used to prepare the coating composition preferably exclusively contain yttrium.
  • the at least one yttrium-containing precursor is selected from the group consisting of yttrium alkoxides, yttrium oxo alkoxides, yttrium alkoxy alcoholates and yttrium salts.
  • Yttrium alkoxides are to be understood as meaning at least one yttrium atom and at least three yttrium compounds having alkoxy radicals.
  • yttrium oxo alkoxides furthermore also have at least one multiply bridging oxygen atom, ie they consist of at least two yttrium atoms, at least one oxo radical and at least four alkoxide radicals. Due to the bridging effect of the oxo radicals, yttrium oxo However, alkoxides are often cluster-like compounds.
  • Yttrium-alkoxy-alcoholates furthermore include yttrium compounds which have at least one yttrium atom and at least one oxyalkylalkyl radical (RO-R'-O radical).
  • Yttrium alkoxy alcoholates can consist exclusively of one yttrium atom and three RO-R'-O radicals or can have in addition to these oxo radicals and / or alkoxide radicals.
  • Preferred yttrium salts are also yttrium nitrates and yttrium halides.
  • the at least one precursor is selected from the group of the yttrium oxo alkoxides, in particular from the group of the yttrium oxo alkoxides of the generic formula Y x Oy (OR) z with 3 ⁇ x ⁇ 12, 1 ⁇ y ⁇ x, x ⁇ z ⁇ (3x-1) and y + z> x.
  • the best coating compositions contain as precursor the yttrium oxo alkoxide Y 5 O (0- / Pr) i 3 .
  • the coating compositions according to the invention preferably contain all the yttrium-containing precursors used in a total proportion of from 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the formulation.
  • the coating composition may additionally be prepared using yttrium-free (semi) metal precursors. Their proportion is preferably not more than 5 wt .-%. However, the coating composition is particularly preferred without
  • the coating composition according to the invention has at least two solvents.
  • the coating composition according to the invention is preferably non-aqueous, since it is thus possible to achieve particularly homogeneous and thin layers.
  • a non-aqueous coating composition is meant a coating composition which does not comprise water as a solvent.
  • Corresponding coating compositions are thus those which are not used in sol-gel processes. More preferably, the water content of the coating composition (eg, by absorbing water from the atmosphere) is at most 500 ppm.
  • the solvents A and B are preferably selected from the group of the alcohols, the alkoxy alcohols, the hydroxy ethers and the carboxylic acid and lactic acid esters.
  • the boiling point of the solvent A at SATP conditions is 50 to 140 ° C.
  • solvents A are those selected from the group consisting of 1-methoxy-2-propanol, 2-methoxyethanol, butyl acetate, i-propanol, t-butanol and ethanol. Most preferably, the solvent A is ethanol.
  • the boiling point of the solvent B is furthermore preferably 100 to 200 ° C. under SATP conditions. More preferably, the solvent B is selected from the group consisting of 1-hexanol, cyclohexanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, 1-methoxy-2-propyl acetate and ethyl lactate.
  • the solvent B 1 is hexanol or tetrahydrofurfuryl alcohol, very particularly preferably tetrahydrofurfuryl alcohol.
  • the proportion of solvent A is from 75 to 99% by volume and the proportion of solvent B is from 1 to 25% by weight, based on the total volume of the solvents present.
  • the coating composition may contain other solvents other than solvents A and B. It may also have only the solvents A and B and thus only two solvents.
  • the coating composition can be prepared from at least one yttrium-containing precursor, a solvent A and a different solvent B from the solvent A, wherein the ratio of the vapor pressure of the solvent A to the vapor pressure of the solvent B ⁇ > 10
  • the third solvent C is selected from the group consisting of 1-methoxy-2-propanol and cyclohexanol.
  • a coating composition consisting of at least one yttrium-containing precursor, a solvent A, a solvent B and a
  • Solvent C is produced.
  • the inventive composition is produced.
  • the inventive composition is produced.
  • Coating composition thus exclusively three solvents.
  • the solvent A is ethanol, solvent B 1 -hexanol or
  • the coating composition of the invention may further comprise one or more additives to achieve desired properties.
  • Coating Composition Additives are preferably present at less than 2% by weight, based on the total weight of the coating composition. More preferably, however, the coating composition of the invention is free of additives.
  • the present invention furthermore relates to a process for the preparation of a coating composition according to any one of the preceding claims, wherein at least one yttrium-containing precursor, a solvent A, one of the solvent A
  • An yttrium-containing "precursor” is to be understood as meaning a soluble or dispersible yttrium-containing chemical compound which can be converted to an yttrium oxide-containing layer after the printing of a corresponding composition to understand a precursor having at least one yttrium atom.
  • the process according to the invention furthermore uses at least two solvents A and B.
  • the solvents A and B are selected such that the quotient of the vapor pressure of the solvent A which is more volatile than the solvent B and the vapor pressure of the solvent B less volatile than the solvent A is greater than or equal to 10.
  • the determination of the vapor pressures takes place via the static determination method known to the person skilled in the art.
  • the vapor pressure is measured, which sets in a thermodynamic equilibrium in a closed system at a given temperature (here: 20 ° C) over a substance.
  • the solvent A is not only more volatile than the solvent B, but furthermore has the highest vapor pressure in comparison to all solvents present in the coating composition.
  • the solvent B is not only less volatile than the solvent A, but also has the lowest vapor pressure compared to all solvents used in the process.
  • the at least one yttrium-containing precursor can have exclusively yttrium as (semi-) metal atoms.
  • (half) metals are meant metals and semi-metals.
  • the at least one precursor may be complementary to yttrium
  • yttrium-containing precursor is selected from the group consisting of yttrium alkoxides, yttrium oxo alkoxides, yttrium alkoxy alcoholates and yttrium salts.
  • Yttrium alkoxides are to be understood as meaning at least one yttrium atom and at least three yttrium compounds having alkoxy radicals.
  • yttrium oxo alkoxides furthermore also have at least one multiply bridging oxygen atom, ie they consist of at least two yttrium atoms, at least one oxo radical and at least four alkoxide radicals. Owing to the bridging effect of the oxo radicals, however, yttrium oxo alkoxides are often cluster-like compounds.
  • Yttrium-alkoxy-alcoholates furthermore include yttrium compounds which have at least one yttrium atom and at least an oxyalkylalkyl radical (RO-R'-O radical).
  • Yttrium alkoxy alcoholates can consist exclusively of one yttrium atom and three RO-R'-O radicals or can have in addition to these oxo radicals and / or alkoxide radicals.
  • Preferred yttrium salts are also yttrium nitrates and yttrium halides.
  • the at least one precursor is selected from the group of the yttrium oxo alkoxides, in particular from the group of the yttrium oxo alkoxides of the generic formula Y x Oy (OR) z with 3 ⁇ x ⁇ 12, 1 ⁇ y ⁇ x, x ⁇ z ⁇ (3x-1) and y + z> x.
  • the best coating compositions are achieved when the precursor is the yttrium oxo-alkoxide Y 5 O (O-iPr) 13 .
  • the process according to the invention preferably uses all yttrium-containing precursors in a total proportion of from 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the formulation.
  • Yttrium-free (semi) metal precursors can also be used in the process according to the invention. Their proportion is preferably not more than 5 wt .-%. However, the method is particularly preferred without the use of yttrium-free precursors
  • Coating composition prepared exclusively with yttrium-containing precursors.
  • the inventive method further uses at least two solvents.
  • the process according to the invention is preferably non-aqueous, since non-aqueous coating compositions suitable for producing particularly homogeneous and thin layers can be obtained in this way.
  • a non-aqueous coating composition is meant a coating composition which does not comprise water as a solvent.
  • Corresponding coating compositions are therefore those which are not used in sol-gel processes. More preferably, the water content in the process carried out, and thus also in the coating composition (e.g., by absorbing water from the atmosphere), is at most 500 ppm.
  • the solvents A and B are preferably selected from the group of the alcohols, the alkoxy alcohols, the hydroxy ethers and the carboxylic acid and lactic acid esters. Particularly good results result when the ratio of the vapor pressures of the two solvents is not only 10 or more, but continues to be the difference of the boiling points of the two solvents A and B in SATP conditions> 30 ° C. Under “SATP conditions” is a pressure of 10 5 Pa and a temperature of 25 ° C to understand.
  • the boiling point of the solvent A at SATP conditions is 50 to 140 ° C.
  • Further preferred solvents A are those selected from the group consisting of 1-methoxy-2-propanol, 2-methoxyethanol, butyl acetate, i-propanol, t-butanol and ethanol.
  • the solvent A is ethanol.
  • the boiling point of the solvent B is furthermore preferably 100 to 200 ° C. under SATP conditions.
  • the solvent B is selected from the group consisting of 1-hexanol, cyclohexanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, 1-methoxy-2-propyl acetate and ethyl lactate.
  • the solvent B 1 is hexanol or tetrahydrofurfuryl alcohol, very particularly preferably tetrahydrofurfuryl alcohol.
  • the proportion of solvent A is from 75 to 99% by volume and the proportion of solvent B is from 1 to 25% by weight, based on the total volume of the solvents present.
  • the method can thus use only the solvents A and B and thus only two solvents.
  • at least one yttrium-containing precursor, a solvent A and a solvent B different from solvent A are preferred, the ratio of the vapor pressure of the solvent A at 20 ° C. to the vapor pressure of the solvent B at 20 ° C. ⁇ > 10
  • the third solvent C is at least one third solvent C, which is different from the solvent A and the solvent B, mixed together.
  • the third solvent C is selected from the group consisting of 1-methoxy-2-propanol and cyclohexanol.
  • the solvent A is ethanol, solvent B 1 -hexanol or
  • Properties of the resulting coating composition may be added one or more additives. If the method provides for the use of additives, they are preferably less than 2% by weight, based on the total mass of the used
  • the invention further relates to the use of the invention
  • Coating compositions for producing yttria-containing layers are particularly preferred.
  • the invention thus also stabilizer layers, from the
  • Coating compositions according to the invention can be produced.
  • the stabilizer layers according to the invention achieve particularly good properties when they are 1 to 20 nm thick.
  • the following examples illustrate the subject matter of the present invention without being self-limiting.
  • yttrium oxo-alkoxide [Y 5 O (O-iPr) 13 ] are dissolved in 1 ml of tetrahydrofurfuryl alcohol by stirring.
  • the solution is diluted in the volume ratio 1: 3 with ethanol.
  • the solution is applied by spin coating on an indium oxide-containing layer. The on the
  • Indium oxide-containing layer located yttrium-containing coating is thermally
  • yttrium oxo-alkoxide [Y 5 O (O-iPr) 13 ] in 1 ml of 1-methoxy-2-propanol are dissolved by stirring.
  • the solution is diluted with 2 parts of 1-methoxy-2-propanol, and 1 part of ethanol and 0.2 parts of tetrahydrofurfuryl alcohol.
  • the solution is applied by spin coating on an indium oxide-containing layer.
  • the yttrium-containing coating on the indium oxide-containing layer is thermally converted.
  • yttrium oxo-alkoxide [Y 5 O (O-iPr) 13 ] are dissolved in 1 ml of tetrahydrofurfuryl alcohol by stirring.
  • the solution is diluted with 1.33 parts of cyclohexanol and 1.67 parts of tert-butanol.
  • the solution is applied by spin coating on an indium oxide-containing layer.
  • the yttrium-containing coating on the indium oxide-containing layer is thermally converted.
  • yttrium oxo-alkoxide [Y 5 O (O-iPr) 13 ] are dissolved in 1 ml of tetrahydrofurfuryl alcohol by stirring. The solution is diluted in the volume ratio 1: 3 with tetrahydrofurfuryl alcohol. The solution is applied by spin coating on an indium oxide-containing layer. The yttrium-containing coating on the indium oxide-containing layer is thermally converted. Comparative Example 2:
  • yttrium oxo-alkoxide [Y 5 O (O-iPr) 13 ] in 1 ml of 1-methoxy-2-propanol are dissolved by stirring.
  • the solution is diluted in the volume ratio 1: 3 with 1-methoxy-2-propanol.
  • the solution is applied by spin coating on an indium oxide-containing layer.
  • the yttrium-containing coating on the indium oxide-containing layer is thermally converted.
  • Indium oxide-containing layer located yttrium-containing coating is thermally
  • the coating is produced by spin coating of 100 ⁇ at 2,000 rpm for 60 seconds.
  • Coated silicon wafers (1, 5 x 1, 5 cm 2 ) with a 230 nm thick Si0 2 layer and prestructured source and drain contacts made of ITO. These wafers were previously spin-coated with 100 ⁇ of an indium alkoxide-containing coating composition at 2000 rpm for 30 seconds, and this layer was thermally converted to an indium oxide-containing layer. The thermal conversion of both layers takes place on a hotplate.
  • the electrical characterization is performed with a Keithley 2612 system source meter and Keithley 3706-NFP system switch / multimeter. The samples are measured under N 2 atmosphere at RT. The characterization will take place after the
  • Drain contacts connected to the device tungsten probes.
  • Source electrode is passed through a voltage profile (-20 to +30 V) and recorded the current flowing between the source and drain electrode current. With the help of this data, the mobility values can be calculated.
  • the formulas used are:
  • l D and V G are the current between drain and source and the voltage applied to the gate, respectively.
  • L and W correspond to the length and the width of the channel and C, is the
  • Dielectric constant of the dielectric The higher the value for mobility, the better the material.
  • V 0n turn-on voltage
  • Tetrahydrofurfuryl alcohol 100% 3,3 -16,5 1,5 -18,5 0 1-Methoxy-2-propanol 100% 2,6 -2,5 -15 -13,5 10,5 l-Methoxy-2-propanol , 25%

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung, herstellbar aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor, einem Lösemittel A und einem vom Lösemittel A unterschiedlichen Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C (Formel (I)) beträgt, Verfahren zur ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Description

Beschichtungszusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor herstellbare Beschichtungszusammensetzung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Die Herstellung halbleitender elektronischer Bauteilschichten über Druck- und andere flüssige Abscheidungsprozesse ermöglicht im Vergleich zu vielen anderen Verfahren, wie z. B.
Chemical Vapor Deposition (CVD), weitaus niedrigere Produktionskosten, da die Deposition des Halbleiters hier in einem kontinuierlichen Prozess erfolgen kann. So wurden z. B. zur Herstellung von Dünnschichttransistoren (TFTs) Flüssigphasenverfahren entwickelt.
Insbesondere Dünnschichttransistoren auf Basis Indiumoxid-haltiger Halbleiterschichten sind dabei von großem Interesse. Über Flüssigphasenverfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Halbleiterschichten haben jedoch den Nachteil, keine ausreichend guten elektrischen
Eigenschaften und keine ausreichende Stabilität aufzuweisen. Insbesondere Umgebungseinflüsse und Oberflächendefekte der Halbleiterschicht führen dabei zu zeitlich und/oder bei Beanspruchung nicht-konstanten elektronischen Eigenschaften der Indiumoxid-haltigen Schicht. Aus diesem Grund wurden Stabilisator-Schichten entwickelt, die, über der Indiumoxid-haltigen Schicht befindlich, zu einer Absättigung von Oberflächendefekten und/oder zum Schutz vor Umgebungseinflüssen führen.
Der Stand der Technik beschreibt Yttriumoxid-haltige Schichten als besonders gut geeignete Stabilisator-Schichten für Indiumoxid-Halbleiterschichten (Nomura et al., Applied Physics Letters 99, 053505-1 - 053505-3 (201 1 ); Nomura et al., Thin solid Films 520 (2012) 3378 - 3782; US 2012/0097957 A1 ). Die dort beschriebenen Yttriumoxid-haltigen Schichten werden jedoch sehr aufwändig über Verfahren wie CVD-Verfahren, E-Beam Evaporation und PLD (Pulsed Laser Deposition) hergestellt. Es wäre somit wünschenswert, diese an sich zur
Stabilisierung von Indiumoxid-haltigen Schichten geeigneten Yttriumoxid-Schichten über weniger aufwändige Verfahren herstellen zu können.
US 2012/0104381 A1 offenbart z. B. allgemein Halbleiterbauteile auf Basis von Metalloxiden, die„layers of low trap density materials" aufweisen, die u. a. über Flüssigphasenverfahren oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden können. Flüssigphasenverfahren oder Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung Yttriumoxid-haltiger Schichten werden dort jedoch nicht beschrieben. Sol-Gel- Verfahren zur Herstellung Yttriumoxid-haltiger Schichten werden z. B. in der Diplomarbeit von Rudolph Rippstein (1993) beschrieben. Somit gehören wässrige Verfahren zur Herstellung von Yttriumoxid-haltigen Schichten zum Stand der Technik. Die dort beschriebenen wässrigen Gel- Lösungen von Yttrium-Precursoren führen jedoch nicht zu Stabilisator-Schichten, die
Indiumoxid-haltige Schichten ausreichend gut stabilisieren.
Es war somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Beschichtungszusammensetzungen bereitzustellen, die insbesondere als Stabilisator-Schichten für Indiumoxid-haltige Schichten geeignet sind. Besonders wünschenswert war es dabei, mit diesen Beschichtungs- Zusammensetzungen Transistoren mit über Halbleiterschichten angeordneten Stabilisator- Schichten herstellen zu können, die möglichst niedrige Einschaltspannungen aufweisen und weiterhin besonders kleine Verschiebungen der Einschaltspannungen in negativen und positiven Bias-Stresstests (NBST bzw. PBST) aufweisen. Die vorliegenden Aufgaben wird gelöst durch die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung, die herstellbar ist aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor, einem Lösemittel A und einem vom Lösemittel A unterschiedlichen Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C
^ > 10
beträgt. Unter einer Beschichtungszusammensetzung ist dabei eine flüssige Formulierung zu verstehen, die zur Herstellung von Beschichtungen, insbesondere zur Herstellung von Yttrium- haltigen Beschichtungen, geeignet ist. Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung um eine für Druck-, Slot-Die- oder Spin-Coating-Verfahren geeignete Beschichtungszusammensetzung. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung um eine für Druckverfahren geeignete Beschichtungszusammensetzung, d.h. um eine Drucktinte. Unter einem Yttrium-haltigen „Precursor" ist dabei eine lösliche oder dispergierbare Yttrium-haltige chemische Verbindung zu verstehen, die nach dem Verdrucken einer entsprechenden Zusammensetzung zu einer oxidischen Yttrium-haltigen Schicht, insbesondere einer Yttrium-Oxid-Schicht umgesetzt werden kann. Unter einem„Yttrium-haltigen" Precursor ist dabei ein Precursor zu verstehen, der mindestens ein Yttrium-Atom aufweist. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung weist weiterhin mindestens zwei Lösemittel A und B auf. Die Lösemittel A und B werden derart ausgewählt, dass der Quotient aus dem Dampfdruck bei 20 °C des im Vergleich zum Lösemittel B flüchtigeren Lösemittels A und dem Dampfdruck bei 20 °C des im Vergleich zum Lösemittel A weniger flüchtigen Lösemittels B größer gleich 10 beträgt. Die Bestimmung der Dampfdrücke erfolgt dabei über die dem Fachmann bekannte statische Bestimmungsmethode. Bei diesem Verfahren wird derjenige Dampfdruck gemessen, der sich im thermodynamischen Gleichgewicht im geschlossenen System bei einer gegebenen
Temperatur (hier: 20 °C) über einer Substanz einstellt. Bevorzugt ist dabei das Lösemittel A nicht nur flüchtiger als das Lösemittel B, sondern weist weiterhin den höchsten Dampfdruck im Vergleich zu allen in der Beschichtungszusammensetzung befindlichen Lösemitteln auf.
Weiterhin ist bevorzugt das Lösemittel B nicht nur weniger flüchtig als das Lösemittel A, sondern weist weiterhin den niedrigsten Dampfdruck im Vergleich zu allen in der
Beschichtungszusammensetzung befindlichen Lösemitteln auf.
Die Bestimmung der Struktur der in Lösung vorliegenden Precursoren ist schwierig. Es wird jedoch angenommen, dass die Gestalt der in Lösung vorliegenden Precursoren dieselbe wie im Kristall ist. Aus diesem Grund wird angenommen, dass die erfindungsgemäßen Formulierungen nicht nur aus dem mindestens einen Yttrium-haltigen Precursor und den mindestens zwei Lösemitteln herstellbar sind, sondern auch den mindestens einen Precursor und die mindestens zwei Lösemittel enthalten. Entsprechendes gilt gleichermaßen für die Precursoren aller im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen.
Der mindestens eine Yttrium-haltige Precursor kann als (Halb)Metallatome ausschließlich Yttrium aufweisen. Unter (Halb)Metallen sind dabei Metalle und Halbmetalle zu verstehen. Alternativ kann der mindestens eine Precursor in Ergänzung zu Yttrium auch andere
Metallatome oder Halbmetallatome aufweisen. Bevorzugt weisen alle zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung verwendeten Precursoren jedoch ausschließlich Yttrium auf.
Besonders gute Beschichtungszusammensetzungen resultieren, wenn der mindestens eine Yttrium-haltige Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Yttrium-Alkoxiden, Yttrium-Oxo-Alkoxiden, Yttrium-Alkoxy-Alkoholaten und Yttrium-Salzen. Unter Yttrium-Alkoxiden sind dabei mindestens ein Yttrium-Atom und mindestens drei Alkoxyreste aufweisende Yttrium- Verbindungen zu verstehen. Im Gegensatz zu Yttrium-Alkoxiden weisen Yttrium-Oxo-Alkoxide weiterhin auch mindestens ein mehrfach verbrückendes Sauerstoffatom auf, d.h. sie bestehen aus mindestens zwei Yttriumatomen, mindestens einem Oxo-Rest und mindestens vier Alkoxid- Resten. Aufgrund der verbrückenden Wirkung der Oxo-Reste handelt es sich bei Yttrium-Oxo- Alkoxiden jedoch oft um clusterartige Verbindungen. Unter Yttrium-Alkoxy-Alkoholaten sind weiterhin Yttrium-Verbindungen zu verstehen, die mindestens ein Yttrium-Atom und mindestens einen Oxyalkylalkylrest (R-O-R'-O-Rest) aufweisen. Yttrium-Alkoxy-Alkoholate können ausschließlich aus einem Yttrium-Atom und drei R-O-R'-O-Resten bestehen oder in Ergänzung zu diesen Oxo-Reste und/oder Alkoxid-Reste aufweisen. Bevorzugte Yttrium-Salze sind weiterhin Yttrium-Nitrate und Yttrium-Halogenide. Ganz besonders gute Ergebnisse resultieren, wenn der mindestens eine Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe der Yttrium-Oxo- Alkoxide, insbesondere aus der Gruppe der Yttrium-Oxo-Alkoxide der generischen Formel YxOy(OR)z mit 3 < x < 12, 1 < y < x, x < z < (3x-1 ) und y+z > x.
Die bestens Beschichtungszusammensetzungen enthalten als Precursor das Yttrium-Oxo- Alkoxid Y50(0-/Pr)i3.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen alle eingesetzten Yttrium-haltigen Precursoren in einem Gesamtanteil von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Formulierung.
Die Beschichtungszusammensetzung kann ergänzend auch unter Verwendung Yttrium-freier (Halb)Metall-Precursoren hergestellt werden. Bevorzugt beträgt ihr Anteil dabei nicht mehr als 5 Gew.-%. Besonders bevorzugt wird die Beschichtungszusammensetzung jedoch ohne
Verwendung Yttrium-freier Precursoren hergestellt. Somit wird besonders bevorzugt die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung mit ausschließlich Yttrium-haltigen Precursoren hergestellt. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung weist mindestens zwei Lösemittel auf. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung nicht-wässrig, da so besonders homogene und dünne Schichten erzielt werden können. Unter einer nicht-wässrigen Beschichtungszusammensetzung ist dabei eine Beschichtungszusammensetzung zu verstehen, die Wasser als Lösemittel nicht umfasst. Bei entsprechenden Beschichtungs- Zusammensetzungen handelt es sich somit um solche, die nicht bei Sol-Gel-Verfahren eingesetzt werden. Weiter bevorzugt beträgt der Wassergehalt der Beschichtungszusammensetzung (z.B. durch Aufnahme von Wasser aus der Atmosphäre) maximal 500 ppm. Bevorzugt werden die Lösemittel A und B ausgewählt aus der Gruppe der Alkohole, der Alkoxyalkohole, der Hydroxyether und der Carbonsäure- und Milchsäureester.
Besonders gute Ergebnisse resultieren, wenn das Verhältnis der Dampfdrücke der beiden Lösemittel nicht nur 10 oder mehr beträgt, sondern weiterhin die Differenz der Siedepunkte der beiden Lösemittel A und B bei SATP-Bedingungen > 30 °C beträgt. Unter„SATP-Bedingungen" ist dabei ein Druck von 105 Pa und eine Temperatur von 25 °C zu verstehen.
Weiter bevorzugt beträgt der Siedepunkt des Lösemittels A bei SATP-Bedingungen 50 bis 140 °C.
Weiter bevorzugte Lösemittel A sind die ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methoxy- 2-propanol, 2-Methoxyethanol, Butylacetat, i-Propanol, t-Butanol und Ethanol. Ganz besonders bevorzugt ist das Lösemittel A Ethanol.
Der Siedepunkt des Lösemittels B beträgt weiterhin bevorzugt bei SATP-Bedingungen 100 bis 200 °C. Weiter bevorzugt ist das Lösemittel B ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Hexanol, Cyclohexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, 1 - Methoxy-2-propylacetat und Ethyllactat.
Besonders bevorzugt ist das Lösemittel B 1 -Hexanol oder Tetrahydrofurfurylalkohol, ganz besonders bevorzugt Tetrahydrofurfurylalkohol.
Weiter bevorzugt beträgt der Anteil von Lösemittel A 75 bis 99 Vol.-% und der Anteil von Lösemittel B 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der anwesenden Lösemittel.
Die Beschichtungszusammensetzung kann neben den Lösemitteln A und B weitere Lösemittel, die sich von den Lösemitteln A und B unterscheiden, enthalten. Sie kann auch ausschließlich die Lösemittel A und B und somit ausschließlich zwei Lösemittel aufweisen. Bevorzugt ist die Beschichtungszusammensetzung herstellbar aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor, einem Lösemittel A und einem vom Lösemittel A unterschiedlichen Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A zum Dampfdruck des Lösemittels B ^ > 10
beträgt, und einem weiteren dritten Lösemittel C, das sich vom Lösemittel A und vom Lösemittel B unterscheidet. Bevorzugt wird das dritte Lösemittel C ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methoxy-2-propanol und Cyclohexanol.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Beschichtungszusammensetzung, die aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor, einem Lösemittel A, einem Lösemittel B und einem
Lösemittel C hergestellt wird. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße
Beschichtungszusammensetzung somit ausschließlich drei Lösemittel auf.
Ganz besonders bevorzugt ist das Lösemittel A Ethanol, Lösemittel B 1 -Hexanol oder
Tetrahydrofurfurylalkohol, und Lösemittel C 1 -Methoxy-2-propanol oder Cyclohexanol.
Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung kann weiterhin zur Erzielung gewünschter Eigenschaften ein oder mehrere Additive aufweisen. Enthält die
Beschichtungszusammensetzung Additive, so liegen diese bevorzugt zu weniger als 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtungszusammensetzung vor. Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung jedoch frei von Additiven.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Yttrium-haltiger Precursor, ein Lösemittel A, ein vom Lösemittel A
unterschiedliches Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C
^ > 10
beträgt, und ggf. weitere Lösemittel und Additive miteinander vermischt werden. Unter einem Yttrium-haltigen„Precursor" ist dabei eine lösliche oder dispergierbare, Yttrium- haltige chemische Verbindung zu verstehen, die nach dem Verdrucken einer entsprechenden Zusammensetzung zu einer Yttriumoxid-haltigen Schicht umgesetzt werden kann. Unter einem „Yttrium-haltigen" Precursor ist weiterhin ein Precursor zu verstehen, der mindestens ein Yttrium-Atom aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt weiterhin mindestens zwei Lösemittel A und B ein. Die Lösemittel A und B werden derart ausgewählt, dass der Quotient aus dem Dampfdruck des im Vergleich zum Lösemittel B flüchtigeren Lösemittels A und dem Dampfdruck des im Vergleich zum Lösemittel A weniger flüchtigen Lösemittels B größer gleich 10 beträgt. Die Bestimmung der Dampfdrücke erfolgt dabei über die dem Fachmann bekannte statische Bestimmungsmethode. Bei diesem Verfahren wird derjenige Dampfdruck gemessen, der sich im thermodynamischen Gleichgewicht im geschlossenen System bei einer gegebenen Temperatur (hier: 20 °C) über einer Substanz einstellt. Bevorzugt ist dabei das Lösemittel A nicht nur flüchtiger als das Lösemittel B, sondern weist weiterhin den höchsten Dampfdruck im Vergleich zu allen in der Beschichtungszusammensetzung befindlichen Lösemitteln auf.
Weiterhin ist bevorzugt das Lösemittel B nicht nur weniger flüchtig als das Lösemittel A, sondern weist weiterhin den niedrigsten Dampfdruck im Vergleich zu allen bei dem Verfahren eingesetzten Lösemitteln auf.
Der mindestens eine Yttrium-haltige Precursor kann als (Halb)Metallatome ausschließlich Yttrium aufweisen. Unter (Halb)Metallen sind dabei Metalle und Halbmetalle zu verstehen. Alternativ kann der mindestens eine Precursor in Ergänzung zu Yttrium auch andere
Metallatome oder Halbmetallatome auf. Bevorzugt weisen alle bei dem Verfahren eingesetzten Precursoren jedoch ausschließlich Yttrium auf. Besonders gute Beschichtungszusammensetzungen resultieren, wenn der mindestens eine Yttrium-haltige Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Yttrium-Alkoxiden, Yttrium-Oxo-Alkoxiden, Yttrium-Alkoxy-Alkoholaten und Yttrium-Salzen. Unter Yttrium-Alkoxiden sind dabei mindestens ein Yttrium-Atom und mindestens drei Alkoxyreste aufweisende Yttrium- Verbindungen zu verstehen. Im Gegensatz zu Yttrium-Alkoxiden weisen Yttrium-Oxo-Alkoxide weiterhin auch mindestens ein mehrfach verbrückendes Sauerstoffatom auf, d.h. sie bestehen aus mindestens zwei Yttriumatomen, mindestens einem Oxo-Rest und mindestens vier Alkoxid- Resten. Aufgrund der verbrückenden Wirkung der Oxo-Reste handelt es sich bei Yttrium-Oxo- Alkoxiden jedoch oft um clusterartige Verbindungen. Unter Yttrium-Alkoxy-Alkoholaten sind weiterhin Yttrium-Verbindungen zu verstehen, die mindestens ein Yttrium-Atom und mindestens einen Oxyalkylalkylrest (R-O-R'-O-Rest) aufweisen. Yttrium-Alkoxy-Alkoholate können ausschließlich aus einem Yttrium-Atom und drei R-O-R'-O-Resten bestehen oder in Ergänzung zu diesen Oxo-Reste und/oder Alkoxid-Reste aufweisen. Bevorzugte Yttrium-Salze sind weiterhin Yttrium-Nitrate und Yttrium-Halogenide. Ganz besonders gute Ergebnisse resultieren, wenn der mindestens eine Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe der Yttrium-Oxo- Alkoxide, insbesondere aus der Gruppe der Yttrium-Oxo-Alkoxide der generischen Formel YxOy(OR)z mit 3 < x < 12, 1 < y < x, x < z < (3x-1 ) und y+z > x.
Die bestens Beschichtungszusammensetzungen werden erzielt, wenn der Precursor das Yttrium-Oxo-Alkoxid Y50(0-iPr)13 ist.
Bevorzugt setzt das erfindungsgemäße Verfahren alle Yttrium-haltigen Precursoren in einem Gesamtanteil von 0, 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Formulierung, ein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Yttrium-freie (Halb)Metall-Precursoren eingesetzt werden. Bevorzugt beträgt ihr Anteil dabei nicht mehr als 5 Gew.-%. Besonders bevorzugt wird das Verfahren jedoch ohne Verwendung Yttrium-freier Precursoren
durchgeführt. Somit wird besonders bevorzugt die erfindungsgemäße
Beschichtungszusammensetzung mit ausschließlich aus Yttrium-haltigen Precursoren hergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt weiterhin mindestens zwei Lösemittel ein. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht-wässrig, da so zur Erzeugung besonders homogener und dünner Schichten geeignete, nicht-wässrige Beschichtungszusammensetzungen erzielt werden können. Unter einer nicht-wässrigen Beschichtungszusammensetzung ist dabei eine Beschichtungszusammensetzung zu verstehen, die Wasser als Lösemittel nicht umfasst. Bei entsprechenden Beschichtungszusammensetzungen handelt es sich somit um solche, die nicht bei Sol-Gel-Verfahren eingesetzt werden. Weiter bevorzugt beträgt der Wassergehalt bei dem durchgeführten Verfahren und somit auch bei der Beschichtungszusammensetzung (z.B. durch Aufnahme von Wasser aus der Atmosphäre) maximal 500 ppm.
Bevorzugt werden die Lösemittel A und B ausgewählt aus der Gruppe der Alkohole, der Alkoxyalkohole, der Hydroxyether und der Carbonsäure- und Milchsäureester. Besonders gute Ergebnisse resultieren, wenn das Verhältnis der Dampfdrücke der beiden Lösemittel nicht nur 10 oder mehr beträgt, sondern weiterhin die Differenz der Siedepunkte der beiden Lösemittel A und B bei SATP-Bedingungen > 30 °C beträgt. Unter„SATP-Bedingungen" ist dabei ein Druck von 105 Pa und eine Temperatur von 25 °C zu verstehen.
Weiter bevorzugt beträgt der Siedepunkt des Lösemittels A bei SATP-Bedingungen 50 bis 140 °C.
Weiter bevorzugte Lösemittel A sind die ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methoxy- 2-propanol, 2-Methoxyethanol, Butylacetat, i-Propanol, t-Butanol und Ethanol.
Ganz besonders bevorzugt ist das Lösemittel A Ethanol.
Der Siedepunkt des Lösemittels B beträgt weiterhin bevorzugt bei SATP-Bedingungen 100 bis 200 °C.
Weiter bevorzugt ist das Lösemittel B ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Hexanol, Cyclohexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, 1 - Methoxy-2-propylacetat und Ethyllactat. Besonders bevorzugt ist das Lösemittel B 1 -Hexanol oder Tetrahydrofurfurylalkohol, ganz besonders bevorzugt Tetrahydrofurfurylalkohol.
Weiter bevorzugt beträgt der Anteil von Lösemittel A 75 bis 99 Vol.-% und der Anteil von Lösemittel B 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der anwesenden Lösemittel.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können neben den Lösemitteln A und B weitere Lösemittel, die sich von den Lösemitteln A und B unterscheiden, eingesetzt werden. Das Verfahren kann somit ausschließlich die Lösemittel A und B und somit ausschließlich zwei Lösemittel einsetzen. Bevorzugt werden jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein Yttrium-haltiger Precursor, einem Lösemittel A und einem vom Lösemittel A unterschiedlichen Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C ^ > 10
beträgt, und ein mindestens ein drittes Lösemittel C, das sich vom Lösemittel A und vom Lösemittel B unterscheidet, miteinander vermischt. Bevorzugt wird das dritte Lösemittel C ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methoxy-2-propanol und Cyclohexanol.
Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, das mindestens einen Yttrium-haltigen Precursor, eine Lösemittel A, ein Lösemittel B und ein Lösemittel C einsetzt. Besonders bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren somit mindestens ein Yttrium-haltiger Precursor und exakt drei Lösemittel miteinander vermischt.
Ganz besonders bevorzugt ist das Lösemittel A Ethanol, Lösemittel B 1 -Hexanol oder
Tetrahydrofurfurylalkohol, und Lösemittel C 1 -Methoxy-2-propanol oder Cyclohexanol. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können weiterhin zur Erzielung gewünschter
Eigenschaften der resultierenden Beschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Additive zugegeben werden. Sieht das Verfahren die Verwendung von Additiven vor, so werden diese bevorzugt zu weniger als 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten
Komponenten eingesetzt. Weiter bevorzugt sieht das erfindungsgemäße Verfahren jedoch keine Additive vor.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzungen zur Herstellung Yttriumoxid-haltiger Schichten. Besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen zur Herstellung von Stabilisator-Schichten auf Halbleiterschichten, insbesondere auf Indiumoxid- haltigen Schichten.
Gegenstand der Erfindung sind somit auch Stabilisator-Schichten, die aus den
erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen herstellbar sind. Besonders gute Eigenschaften erzielen die erfindungsgemäßen Stabilisator-Schichten, wenn diese 1 bis 20 nm dick sind. Die nachfolgenden Beispiele erläutern den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ohne selbst beschränkend zu wirken.
Beispiele:
Beispiel 1 :
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml Tetrahydrofurfurylalkohol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird im Volumenverhältnis 1 :3 mit Ethanol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indium-oxidhaltige Schicht aufgebracht. Die auf der
Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch
umgewandelt.
Beispiel 2:
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml 1 -Methoxy-2-propanol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird mit 2 Teilen 1 -Methoxy-2-propanol, sowie 1 Teil Ethanol sowie 0,2 Teilen Tetrahydrofurfurylalkohol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indiumoxid-haltige Schicht aufgebracht. Die auf der Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch umgewandelt. Beispiel 3:
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml Tetrahydrofurfurylalkohol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird mit 1 ,33 Teilen Cyclohexanol, sowie 1 ,67 Teilen tert-Butanol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indiumoxid-haltige Schicht aufgebracht. Die auf der Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch umgewandelt.
Vergleichsbeispiel 1 :
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml Tetrahydrofurfurylalkohol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird im Volumenverhältnis 1 :3 mit Tetrahydrofurfurylalkohol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indiumoxid-haltige Schicht aufgebracht. Die auf der Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch umgewandelt. Vergleichsbeispiel 2:
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml 1 -Methoxy-2-propanol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird im Volumenverhältnis 1 :3 mit 1 -Methoxy-2-propanol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indiumoxid-haltige Schicht aufgebracht. Die auf der Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch umgewandelt.
Vergleichsbeispiel 3:
Es werden 25 mg Yttrium-Oxo-Alkoxid [Y50(0-iPr)13] in 1 ml 1 -Methoxy-2-propanol durch Rühren gelöst. Die Lösung wird im Volumenverhältnis 1 :3 mit Ethanol verdünnt. Die Lösung wird mittels Spin-Coating auf eine Indiumoxid-haltige Schicht aufgebracht. Die auf der
Indiumoxid-haltigen Schicht befindliche Yttrium-haltige Beschichtung wird thermisch
umgewandelt. Für alle Beispiele gilt: Die Schichtherstellung wird durch Spin Coating von 100 μΙ bei 2.000 rpm für 60 Sekunden durchgeführt. Beschichtet werden Siliziumwafer (1 ,5 x 1 ,5 cm2) mit einer 230 nm dicken Si02 Schicht und vorstrukturierten Source- und Drainkontakten aus ITO. Diese Wafer wurden zuvor mit 100 μΙ einer Indiumalkoxid-haltigen Beschichtungszusammensetzung bei 2000 rpm für 30 Sekunden durch Spin-Coating beschichtet und diese Schicht wurde thermisch in eine Indiumoxid-haltige Schicht umgewandelt. Die thermische Umsetzung beider Schichten erfolgt auf einer Heizplatte.
Die elektrische Charakterisierung wird mit einem Keithley 2612 System Sourcemeter und Keithley 3706-NFP System switch/multimeter durchgeführt. Die Proben werden unter N2 Atmosphäre bei RT gemessen. Die Charakterisierung findet im Anschluss an die
Temperaturbehandlung statt. Dabei werden die (vorstrukturierten) Gate-, Source- sowie
Drainkontakte mit dem Gerät verbunden (Wolfram-Messspitzen). Zwischen Gate- und
Sourceelektrode wird ein Spannungsprofil durchfahren (-20 bis +30 V) und der zwischen Source- und Drainelektrode fließende Strom aufgezeichnet. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich die Mobilitätswerte berechnen. Die verwendeten Formeln dafür lauten:
dVG WCiVl
^sat wc dVG wobei lD und VG der Strom zwischen Drain und Source bzw. die am Gate angelegte Spannung sind. L und W entsprechen der Länge bzw. der Weite des Kanals und C, ist die
Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums. Je höher der Wert für die Mobilität, desto besser ist das Material.
Weitere charakteristische Eigenschaften sind die Einschaltspannung (V0n), welche den Punkt beschreibt ab dem der Stromfluss zwischen Source- und Drain-Elektrode einsetzt; dieser Wert sollte möglichst nah bei 0 V liegen).
Außerdem relevant ist die Verschiebung der Einschaltspannung zwischen einer Messung vor und nach einem negativen oder positiven Bias-Stresstest (NBST bzw. PBST). Dabei wird nach Aufzeichnung der initialen Kennlinie für 2000 Sekunden eine Gate-Spannung (VG) von -20 V (NBST) bzw. +20 V (PBST) angelegt. In beiden Fällen wird eine Drain-Spannung (VD) von +5 V angelegt. Nach dieser Zeit wird eine weitere Kennlinie aufgezeichnet und die Verschiebung der Einschaltspannung im Vergleich zur initialen Kennlinie bestimmt. Der Betrag dieses Wertes sollte möglichst niedrig sein. Bei der Beurteilung ist es wichtig zu beachten, dass, für eine praktikable Anwendung, sowohl die Einschaltspannung als auch die Verschiebung nach einem NBST bzw. PBST möglichst Null sein sollte.
NBST PBST
VOn VOn
Vol.-% der μ Von Von
ÄVo„ ÄVo„
Eingesetzte Lösemittel Lösemittel [cmVVs] [V] [V]
Erfindungsgemäße Beispiele
Tetrahydrofurfurylalkohol, 25 %
4,4 -0,5 -1 -1 2,5 Ethanol 75 %
Tetrahydrofurfurylalkohol, 4,5 %
l-Methoxy-2-propanol, 71,5 % 5,5 -1 -0,5 -1,5 1
Ethanol 24 %
Tetrahydrofurfurylalkohol, 25 %
Cyclohexanol, 33,25 % 3,1 -2 -1,5 -2,5 3 t-Butanol 41,75 %
Vergleichsbeispiele
Tetrahydrofurfurylalkohol 100 % 3,3 -16,5 1,5 -18,5 0 l-Methoxy-2-propanol 100 % 2,6 -2,5 -15 -13,5 10,5 l-Methoxy-2-propanol, 25 %
3,1 -3 -14,5 -14 14 Ethanol 75 %

Claims

Patentansprüche:
1 . Beschichtungszusammensetzung, herstellbar aus mindestens einem Yttrium-haltigen Precursor, einem Lösemittel A und einem vom Lösemittel A unterschiedlichen Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C
^ > 10 beträgt.
2. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Yttrium-haltige Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Yttrium-Alkoxiden, Yttrium-Oxo-Alkoxiden, Yttrium-Alkoxy-Alkoholaten und Yttrium- Salzen. 3. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Precursor ausgewählt wird aus der Gruppe der Yttrium-Oxo-Alkoxide.
4. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Precursor Y50(0-/Pr)13 ist.
5. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil aller eingesetzten Yttrium-haltigen Precursoren 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Formulierung beträgt. 6. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösemittel ausgewählt werden aus der Gruppe der Alkohole, der Alkoxyalkohole, der Hydroxyether und der Carbonsäure- und Milchsäureester.
7. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Siedepunkte der beiden Lösemittel A und B bei SATP-Bedingungen > 30 °C beträgt. 8. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siedepunkt des Lösemittels A bei SATP-Bedingungen 50 bis 140 °C beträgt.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel A ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methoxy-2-propanol, 2- Methoxyethanol, Butylacetat, i-Propanol, t-Butanol und Ethanol.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siedepunkt des Lösemittels B bei SATP-Bedingungen 100 bis 200 °C beträgt.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel B ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1 - Hexanol, Cyclohexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, 1 - Methoxy-2-propylacetat und Ethyllactat.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Lösemittel A 75 bis 99 Vol.% und der Anteil von Lösemittel B 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen anwesender Lösemittel beträgt.
13. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es neben A und B weitere Lösemittel enthält. 14. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Yttrium-haltiger Precursor, ein Lösemittel A, ein vom Lösemittel A unterschiedliches Lösemittel B, wobei das Verhältnis des Dampfdrucks des Lösemittels A bei 20 °C zum Dampfdruck des Lösemittels B bei 20 °C ^ > 10 beträgt, und ggf. weitere Lösemittel oder Additive miteinander vermischt werden.
15. Verwendung von Beschichtungszusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis zur Herstellung Yttriumoxid-haltiger Schichten.
EP15703571.8A 2014-02-14 2015-02-09 Beschichtungszusammensetzung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung Withdrawn EP3105779A1 (de)

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