PL441144A1 - Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących tlenku cynku domieszkowanego glinem ZnO:Al (AZO) za pomocą magnetronowego rozpylania katodowego. W sposobie tym, najpierw oczyszczone podłoże, korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza się w komorze urządzenia do rozpylania magnetronowego w odległości 10 - 50 mm od źródła rozpylania. Następnie komorę odpompowuje się do uzyskania próżni rzędu 10^-5 - 10^-9 mbar, i wprowadza się do komory argon pod ciśnieniem od 0,3 — 5•10^-2 mbar i prowadzi się czas od 10 sekund do 1 godziny proces osadzania ze źródła w postaci tarczy ZnO:Al, składającej się z mieszaniny materiałów: Zno i A₂O₃, korzystnie przy udziale wagowym Al₂O₃ wynoszącym od 1 - 5% wag. i zasilanej mocą od 50 do 500 W, w stałoprądowym (DC) bądź impulsowym (pDC) trybie rozpylania w zakresie 1 - 15 kHz.

Description

PL 441144 A1 Sposób osadzan_ ia p17ezroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzacych Przedmiotem wynalazku jest sposób osadzania przezroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzacych tlenku cynku domieszkowanego glinem ZnO:AI (AZO) metoda fizycznego osadzania z fazy gazowej jakim jest magnetronowe rozpylanie katodowe.

Warstwy AZO sa materialami przewodzacymi z szeroka gamma zastosowan w dziedzinie optoelektroniki, poczawszy od paneli slonecznych, przez wyswietlacze dotykowe, diody laserowe, diody LED, tranzystory cienkowarstwowe, a nawet elastyczne sensory i wiele innych.

Cienkie warstwy AZO, klasyfikowane jako przezroczyste tlenki przewodzace TCO (ang. Transparent Conducting Oxides), wyróznia szeroka przerwa energetyczna. niska rezystywnosc oraz wysoka transmisja optyczna w zakresie widzialnym. Ponadto, AZO jest najbardziej obiecujacym materialem , który ma szanse zastapic powszechnie stosowany w przemysle technologicznym tlenek przewodzacy ITO (ang. lndium Tin Oxide), posiadajacy w swoim skladzie tzw. surowiec krytyczny­ ind, rzadki metal, drogi ze wzgledu na koszty jego wydobycia.

Istnieje wiele metod otrzymywania warstw ZnO:AI, miedzy innymi: chemiczne osadzanie z fazy gazowej, impulsowe osadzanie laserowe, metoda zol-zel, pyroliza, a takze fizyczne osadzanie z fazy gazowej, w tym magnetronowe rozpylanie katodowe w trybie zmienna- (RF) lub stalopradowym (DC). Ostatnia z technik pozwala na uzyskanie warstw o najlepszej jakosciowo strukturze krystalicznej, dzieki mozliwosci optymalizacji warunków procesu. Jednoczesnie jest ona najbardziej korzystna z uwagi na powtarzalnosc przy produkcji na linii technologicznej.

Jest równiez wykorzystywana w przemysle mikroelektronicznym, gwarantujac wysoka czystosc i jednorodnosc wytwarzanego materialu.

W wielu osrodkach badawczych prowadzone sa prace nad optymalizacja 2/8 PL 44 11 44 A1 procesu wytwarzania takich warstw. W publikowanych raportach analizowane sa poszczególne parametry procesu, ale nie obserwuje sie analizy zwiazanej z odtworzeniem srodowiska nanoszenia warstw w innych systemach naparowujacych. Dodatkowo, w celu poprawy jednej z najwaznrejszych wlasnosci warstw AZO - rezystywnosci, stosuje sie wygrzewanie podlozy podczas lub po procesie rozpylania , zazwyczaj w temperaturze przekraczajacej 100°C. Dla przykladu, w publikacji: K. H.

Pa tel, S. K. Rawa/, Influence of power and temperafure on properties of sputtered AZO films, Thin Solid Films, 620 (2016), 182-187 opisano wplyw zmiany podawanej mocy podczas magnetronowego rozpylania katodowego w trybie RF, na podloze utrzymywane w temperaturze 300°C.

W publikacji:H. Park, S. Qamar Hussain, S. Velumani, A.H. Tuan Le, S.

Ahn, S. Kim, J. Yi, Influence of working pressure on the structural, optical and electrical properties of sputter deposited AZO thin films, Mater. Sci.

Semicond. Process. 37 (2015), 29-36 opisany jest wplyw zmiany cisnienia podczas rozpylania ta sama technika na podloze utrzymywane w temperaturze 200°c .

W publikacji: L.P.G. Oliveira, R. Ramos, W.H. Rabe/o, E.C. Rangef, S.F.

Durrant, J. R. R. Borto/eto, Comparison of ti and pulsed magnetron sputtering for the deposition of AZO thin films on PET, Mater. Res. 23 (2020) przedstawiono porównanie magnetronowego osadzania katodowego w trybie RF z osadzaniem impulsowym (pDC), przy odpowiednio dobranej do poszczególnych trybów stalej mocy i cisnieniu.

W przypadku trybu zmiennopradowego {RF) wymagany jest dodatkowy system dopasowania impendacji, natomiast tryb impulsowy (pDC) wykorzystuje zasilacz o wysokiej czestosci .

Ze zgloszenia patentu EP1184481 (A2) znany jest sposób otrzymywania warstw AZO metoda magnetronowego rozpylania katodowego w temperaturze pokojowej, ale w trybie zmiennopradowym (RF) z 3/8 PL 441144 A1 dodatkowym przeplywem tlenu w komorze prózniowej, co stanowi istotna komplikacje ukladu do osadzania i pociaga za soba dodatkowe koszty zwiazane zprecyzyjna kontrola przeplywu jeszcze jednego gazu procesowego, oprócz typowo wymaganego argonu.

Celem wynalazku jest opracowan ie sposobu osadzania na niepodgrzewanym podlozu cienkich przezroczystych , niskorezystywnych, warstw przewodzacych ZnO:AI o wysokiej jakosci, za pomoca techniki magnetronowego rozpylania katodowego.

Sposób osadzania weqlug wynalazku polega na tym, ze najpierw oczyszczone podloze, korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza sie w komorze urzadzenia do rozpylania magnetronowego w od.teglosci 10·50 mm od zródla rozpylania.

Nastepnie komore odpompowuje sie do uzyskania prózni rzedu 10- - 1ff 9 mbar, wprowadza sie do komory argon pod cisnieniem od 0.3 - ·1ff 2 mbar. i prowadzi sie proces. Osadzanie prowadzi sie przez czas od sekund do 1 godziny ze zródla w postaci tarczy ZnO:AI, skladajacej sie z mieszaniny materialów: ZnO i AI 2 O 3 , korzystnie przy udziale wagowym Al203 wynoszacym od 1·5 %wag. i zasilanej moca od 50 do500 W, w stalopradowym (DC) badz impulsowym (pOC) trybie rozpylania w zakresie 1-15 kHz.

Przedstawiony sposób wytwarzania przezroczystych , niskorezystywnych, cienkich warstw jest _ znacznie tanszy od znanych sposobów, poniewaz prowadzony jest bez podgrzewania podloza , jak i równiez nie wymaga dodatkowego wygrzewania poosadzeniowego .Dzieki odpowiedniemu doborowi parametrów procesu, otrzymane warstwy charakteryzuja sie taka sama rezystywnoscia jak warstwy osadzane w procesach prowadzonych na podgrzewane podloze. 4/8 PL 441144 A1 Wynalazek zostanie blizej objasniony na przykladzie osadzenia warstwy ZnO:AI. na podlozu szklanym i szafirowym.

W pierwszej kolejnosci oczyszczone podloze kwarcowe i szafirowe, ale moze tó byc takze podloze krzemowe , szkl~fne lub polimerowe (np. PET, PC) umieszcza sie w komorze urzadzenia do rozpylania magnetronowego. Podloza te umieszczono w odleglosci 30 mm od tarczy kompozytowej ZnO:AI. Nastepnie odpompowano komore do u'zyskania prózni 10- 7 mbar i wprowadzono do komory argon pod cisnieniem 0.6·10- 2 mbar. Takie cisnienie argonu utrzymywane bylo .w komorze procesowej po~cias calego procesu osadzania warstwy. Osadzanie prowadzono z tarczy ZnO:AI o skladzie ZnO/Al 2 O 3 98/2 %wag. , zasilanej moca 100 W, w stalopradowym trybie rozpylania (DC), pr~ez 1 min . 9 sek.

W wyniku tak prowadzonego procesu otrzymano na podlozach przezroczysta warstwe ZnO:AI (AZO): o grubosci 100 nm, charakteryzujaca sie wysoka transmisja ·optyczna , powyzej 85% w zakresie widzialnym i wysoka ja~osd~ struktury krystalicznej oraz niska rezystywnoscia rzedu 1.8·1ff 3 0cm. Fig.1 rysunku przedstawia krzywa transmisji dla AZO. a na Fig.2. znajduje sie dyfraktogram rentgenowski uzyskanej warstwy. /8 PL 441144 A1 Zastrzezenie patentowe 1. Sposób osadzania przezroczystych , niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzacych (AZO) za pomoca magnetronowego osadzania katodowego z tarczy kompozytowej ZnO:AI, znamienny tym , ze najpierw oczyszczone podloze , korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza sie w komorze urzadzenia do rozpylania magnetronowego w odleglosci 10-50 mm od zródla rozpylania, nastepnie komore odpompowuje sie do uzyskania prózni rzedu 10- 9mbar, i wprowadza sie do komory argon pod cisnieniem od 0.3 - ·10- 2 mbar, po czym prowadzi sie przez czas od 10 sekund do 1 godziny osadzanie ze zródla w postaci tarczy ZnO:AI, skladajacej sie z mieszaniny materialów: ZnO i Al 2 0 3 , korzystnie przy udziale wagowym Al 2 O 3 wynoszacym od 1-5 %wag. i zasilanej moca od 50 do 500 W , w stalopradowym (DC) badz impulsowym (pOC) trybie rozpylania w zakresie 1-15 kHz. 6/8 (O ·u C .!!! .E u, c::: ro ...

I- ~ ._., •:.> ~ ..,,., o C t IJ) C 2 C: 1.0 0.8 0.6 04 0.2 o.o 300 350 PL 441144 A1 400 450 Fig.1 500 Al.O 100WDC 0.6 10· 2 mbar 550 600 2.6..,..------ - --------------, AZ.O 100 W DC 2.4 0.6· 10· 2 mbar 2.2 ZnO (0002) 2.0 1.8 1-6 1.4 1-2 1.0 30 35 40 45 50 55 60 (stopieri) Fig.2 7/8 al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 PL 441144 A1 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 05 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O ST ANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.441144 Klasyfikacja zgloszenia: C23C 14/35, C23C 14/08, C23C 14/06 Podklasy w których prowadzono poszukiwania: C23 C 14 Bazy komputerowe w których prowadzono poszukiwania: bazy UPRP; Espacenet Kategoria dokumentu A A A Dokumenty - z podana identyfikacja CN106555165 A (BENGBU DESIGN & RES INST FOR GLASS IND) 05-04- 2017 CN103526169 A (INST ELECTRICAL ENG CAS) 22-01-2014 CN106119797 A (HENAN ANCAI HI-TECH CO LTD) 16-11-2016 D Dalszy ciag wykazu dokumentów na nastepnej stronie A- dokument okreslajacy ogólny stan techniki, który nie jest uwazany za posiadajacy szczególne znaczenie, E - dokument stanowiacy wczesniejsze zgloszenie lub patent, ale opublikowany w lub po dacie zgloszenia, Odniesienie do zastrz. 1 1 1 L - dokument, który moze poddawac w watpliwosc zastrzegane pierwszenstwo(-wa), lub przytocwny w celu ustalenia daty publikacji innego cytowanego dokumentu lub z innego szczególnego powodu, O - dokument odnoszacy sie do ujawnienia ustnego przez zastosowanie, wystawienie lub ujawnienie w inny sposób, P - dokument opublikowany przed data zgloszenia, ale pózniej niz zastrzegana data pierwszenstwa, T - dokument pózniejszy, opublikowany po dacie zgloszenia lub w dacie pierwszenstwa i niebedacy w konflikcie ze zgloszeniem, ale cytowany w celu zrozumienia zasad lub teorii lezacych u podstaw wynalazku, X - dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany wynalazek nie moze byc uwazany za nowy lub nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument brany jest pod uwage samodzielnie, Y - dokument o szczegó luym znaczeniu ; zastrzegany wynalazek nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument zostanie polaczony z jednym lub kilkoma tego typu dokumentami, a takie polaczenie bedzie oczywiste dla znawcy, & - dokument nalezacy do tej samej rodziny patentowej.

Sprawozdanie wykonal/-a: Mikolaj Aptacy Aplikant Ekspercki Data: 24.05.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz. z dnia 10.05.2022 r. 8/8 Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznymi Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego

Claims (2)

Zastrzezenie patentowe

1. Sposób osadzania przezroczystych , niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzacych (AZO) za pomoca magnetronowego osadzania katodowego z tarczy kompozytowej ZnO:AI, znamienny tym , ze najpierw oczyszczone podloze , korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza sie w komorze urzadzenia do rozpylania magnetronowego w odleglosci 10-50 mm od zródla rozpylania, nastepnie komore odpompowuje sie do uzyskania prózni rzedu 10- 5 - 10- 9mbar, i wprowadza sie do komory argon pod cisnieniem od 0.3 - 5·10- 2 mbar, po czym prowadzi sie przez czas od 10 sekund do 1 godziny osadzanie ze zródla w postaci tarczy ZnO:AI, skladajacej sie z mieszaniny materialów: ZnO i Al 2 0 3 , korzystnie przy udziale wagowym Al 2 O 3 wynoszacym od 1-5 %wag. i zasilanej moca od 50 do 500 W , w stalopradowym (DC) badz impulsowym (pOC) trybie rozpylania w zakresie 1-15 kHz. 6/8 (O ·u C .!!! .E u, c::: ro ... I- ~ ._., •:.> ~ ..,,., o C t IJ) C 2 C: 1.0 0.8 0.6 04 0.2 o.o 300 35000 450 Fig.1 500 Al.O 100WDC 0.6 10· 2 mbar 550 600

2.6..,..------ - --------------, AZ.O 100 W DC 2.4 0.6· 10· 2 mbar 2.2 ZnO (0002) 2.0 1.8 1-6 1.4 1-2 1.0 25 30 35 40 45 50 55 60 20 (stopieri) Fig.2 7/8 al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203RZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 05 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O ST ANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.441144 Klasyfikacja zgloszenia: C23C 14/35, C23C 14/08, C23C 14/06 Podklasy w których prowadzono poszukiwania: C23 C 14 Bazy komputerowe w których prowadzono poszukiwania: bazy UPRP; Espacenet Kategoria dokumentu A A A Dokumenty - z podana identyfikacja CN106555165 A (BENGBU DESIGN & RES INST FOR GLASS IND) 05-04- 2017 CN103526169 A (INST ELECTRICAL ENG CAS) 22-01-2014 CN106119797 A (HENAN ANCAI HI-TECH CO LTD) 16-11-2016 D Dalszy ciag wykazu dokumentów na nastepnej stronie A- dokument okreslajacy ogólny stan techniki, który nie jest uwazany za posiadajacy szczególne znaczenie, E - dokument stanowiacy wczesniejsze zgloszenie lub patent, ale opublikowany w lub po dacie zgloszenia, Odniesienie do zastrz. 1 1 1 L - dokument, który moze poddawac w watpliwosc zastrzegane pierwszenstwo(-wa), lub przytocwny w celu ustalenia daty publikacji innego cytowanego dokumentu lub z innego szczególnego powodu, O - dokument odnoszacy sie do ujawnienia ustnego przez zastosowanie, wystawienie lub ujawnienie w inny sposób, P - dokument opublikowany przed data zgloszenia, ale pózniej niz zastrzegana data pierwszenstwa, T - dokument pózniejszy, opublikowany po dacie zgloszenia lub w dacie pierwszenstwa i niebedacy w konflikcie ze zgloszeniem, ale cytowany w celu zrozumienia zasad lub teorii lezacych u podstaw wynalazku, X - dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany wynalazek nie moze byc uwazany za nowy lub nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument brany jest pod uwage samodzielnie, Y - dokument o szczegó luym znaczeniu ; zastrzegany wynalazek nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument zostanie polaczony z jednym lub kilkoma tego typu dokumentami, a takie polaczenie bedzie oczywiste dla znawcy, & - dokument nalezacy do tej samej rodziny patentowej. Sprawozdanie wykonal/-a: Mikolaj Aptacy Aplikant Ekspercki Data: 24.05.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz. z dnia 10.05.2022 r. 8/8 Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznymi Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego