TWI480953B - 複合透明氧化物薄膜及其製造方法 - Google Patents

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複合透明氧化物薄膜及其製造方法
本發明係關於一種透明導電氧化物薄膜的製造方法，特別是有關於一種複合透明氧化物薄膜及其製造方法。
近年來，透明導電氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxide,TCO)是一種極具應用價值和潛力的透明薄膜材料，隨著半導體技術的進步，透明導電氧化物薄膜被廣泛應用於各種光電產品，如平面顯示器、太陽能電池、光電晶體、接觸感應面板(Touch panel)、發光元件、氣體感測器、電漿顯示面板(PDP panel)、建築物上的熱絕緣層及熱反射鏡等。
以透明導電氧化物所形成之薄膜，於實際應用上，期望透明導電氧化物薄膜能同時具備高導電性及高透光率之特性；然而為了提高透明導電氧化物薄膜的導電特性，則需要增加薄膜中的載子濃度，以降低薄膜之電阻值。一般而言，習知技術係增加薄膜厚度，進而達到降低整體薄膜電阻值之目的，但薄膜厚度增加亦會相對增加其對光的吸收度，使得透光率降低，如上所述，故習知透明導電氧化物薄膜之導電性提高，其透光率便下降，反之亦然。
因此，有必要提供一種改良的透明導電氧化物薄膜結構及其製造方法，以解決上述之問題。
有鑑於上述習知技術存在之問題，本發明的主要目的在於提供一種複合透明氧化物薄膜及其製造方法，其係藉由設置一缺氧氧化物薄膜於一透明導電氧化物薄膜的一表面上，在使用相同於習知薄膜厚度的情況下，可提高該透明導電氧化物薄膜的載子濃度，從而降低該透明導電氧化物薄膜的電阻值，本發明之複合透明氧化物薄膜除了具有高導電性外，更同時具備高透光率之優勢。
為達成上述目的，本發明提供一種複合透明氧化物薄膜之製造方法，其包含下述步驟：在一基板上沉積一透明導電氧化物薄膜；在該透明導電氧化物薄膜的上或下沉積一缺氧氧化物薄膜，該缺氧氧化物薄膜的含氧量係氧化物化學計量的65%~99.9%；以及對該缺氧氧化物薄膜、該透明導電氧化物薄膜以及該基板進行熱處理程序，以形成複合透明氧化物薄膜。
在本發明的一實施例中，該缺氧氧化物薄膜係於一缺氧環境下沉積形成。
在本發明的一實施例中，該缺氧環境係在2~7毫托(mTorr)氣壓下通入氬氣與氧氣分壓比率(Ar/O2 )介於0.8~2之間的混合氣體。
在本發明的一實施例中，該缺氧氧化物薄膜包含氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂的其中之一或數個組成之族群。
在本發明的一實施例中，該複合透明氧化物薄膜中的載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
在本發明的一實施例中，該熱處理程序係包括使用退火熱處理、雷射熱處理及紫外線固化熱處理其中之一者。
在本發明的一實施例中，該退火熱處理的溫度範圍介於150℃至300℃之間，而加溫時間範圍介於1分鐘至30分鐘之間。
此外，為達成本發明之目的，本發明提供一種複合透明氧化物薄膜，其設置於一基板上，包含：一透明導電氧化物薄膜，設置於該基板的一表面；以及一缺氧氧化物薄膜，設置於該透明導電氧化物薄膜之上或下，該缺氧氧化物薄膜的含氧量係氧化物化學計量的65%~99.9%，其中該透明導電氧化物薄膜及該缺氧氧化物薄膜構成一複合透明氧化物薄膜。
在本發明的一實施例中，該缺氧氧化物薄膜包含氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂的其中之一或數個組成之族群。
在本發明的一實施例中，該複合透明氧化物薄膜中的載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
於本發明之複合透明氧化物薄膜及其製造方法中，藉由設置一缺氧氧化物薄膜於透明導電氧化物薄膜的一表面上以提高該透明導電氧化物薄膜的載子濃度，從而降低該透明導電氧化物薄膜的電阻值。相較於先前技術而言，本發明之複合透明氧化物薄膜除了具有高導電性外，更同時具備高透光率之優勢。
為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成目的及功效，以下茲舉例並配合圖式詳予說明。
請參閱第1圖及第2a圖至第2c圖，其係為本發明一實施例中複合透明氧化物薄膜之製造方法的步驟流程圖及其剖面圖，該製造方法包括下列步驟：在步驟S11中，在一基板100上沉積一透明導電氧化物薄膜10。在本實施例中，該基板100可以為透明基板，例如玻璃基板。該透明導電氧化物薄膜10(Transparent Conductive Oxide,TCO)，如具有透明導電性之氧化物、氮化物或氟化物，像是氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化銻錫(Antimony Tin Oxide,ATO)、氟摻雜氧化錫(Fluorine-doped Tin Oxide,FTO)、鋁摻雜氧化鋅(Aluminum-doped Zinc Oxide,AZO)、鎵摻雜氧化鋅(Gallium-doped Zinc Oxide,GZO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)的其中之一或數個組成之族群，其沉積步驟可以包含塗覆法、電子束蒸鍍法、電漿化學氣相沉積法及濺鍍法等。
在步驟S12中，在該透明導電氧化物薄膜10上沉積一缺氧氧化物薄膜20。該缺氧氧化物薄膜20(Anoxic oxide film)係於一缺氧環境下沉積所形成的，前述缺氧環境的控制條件係在2~7毫托(mTorr)氣壓下通入氬氣與氧氣分壓比率(Ar/O2 )介於0.8~2之間的混合氣體。該缺氧氧化物薄膜20可以是包含氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂等各類氧化物的其中之一或數個組成之族群，且該缺氧氧化物薄膜20的含氧量係氧化物化學計量的65%~99.9%，而該缺氧氧化物薄膜20的沉積方法可以包含電子束蒸鍍法、電漿化學氣相沉積法及濺鍍法等。
在步驟S13中，對該缺氧氧化物薄膜20、該透明導電氧化物薄膜10以及該基板100進行熱處理程序，以形成複合透明氧化物薄膜200。藉由前述熱處理程序可以結晶化複合透明氧化物薄膜200，使其薄膜性質穩定且增加載子遷移率達到降低電阻之目的。該熱處理程序係包括使用退火熱處理、雷射熱處理及紫外線固化熱處理其中之一者。於本實施例中，係採用該退火熱處理的溫度範圍介於150℃至300℃之間，加溫時間範圍則係介於1分鐘至30分鐘之間。表一為一具體實施例中薄膜經退火處理之電阻值，其係在一基板100上沉積一缺氧的SiOx薄膜，接續於該SiOx薄膜上沉積一厚度為135 nm(奈米)之ITO薄膜，在經過退火處理後，顯示其電阻值降低，從而提高導電性。該複合透明氧化物薄膜200之載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
表一、薄膜經退火處理之電阻值
前述缺氧氧化物薄膜20形成於該透明導電氧化物薄膜10之一表面的過程中，由於形成該缺氧氧化物薄膜20的環境中其氧氣濃度較低，與該缺氧環境中的氧分子作用後，因為氧分子的不足，致使所形成之缺氧氧化物薄膜20的氧含量低於原本該氧化物應有的化學計量，而在接續的退火過程中，該透明導電氧化物薄膜10內的氧會逐漸擴散至該缺氧氧化物薄膜20中，因而使得該透明導電氧化物薄膜10內的氧空缺(Vacancy)增加，從而提供載子給該透明導電氧化物薄膜10，由導電率公式(σ=Nμ，σ：導電率、N：載子濃度、μ：載子遷移率)得知載子濃度的多寡正比於導電率，故提高其導電性。例如以相同於習知薄膜的厚度作比較，本發明的複合透明氧化物薄膜200除了可以維持整體薄膜的透光率以外，更可有效地提高透明導電氧化物薄膜10的載子濃度，從而增加導電性。
請繼續參閱第2c圖，其係為本發明一實施例中複合透明氧化物薄膜的剖面圖，其包含：一基板100、一透明導電氧化物薄膜10及一缺氧氧化物薄膜20。該透明導電氧化物薄膜10(TCO)設置於該基板100的一表面，而該缺氧氧化物薄膜20則係設置於該透明導電氧化物薄膜10之上，該透明導電氧化物薄膜10及該缺氧氧化物薄膜20用以構成該複合透明氧化物薄膜200。該透明導電氧化物薄膜10係包含氧化銦錫(ITO)、氧化銻錫(ATO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、鋁摻雜氧化鋅(AZO)、鎵摻雜氧化鋅(GZO)、銦摻雜氧化鋅(IZO)的其中之一或數個組成之族群。前述缺氧氧化物薄膜20可以包含氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂等各類氣化物的其中之一或數個組成之族群，且該缺氧氧化物薄膜20的含氧量係氧化物化學計量的65%~99.9%。該複合透明氧化物薄膜200之載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
如上所述，本發明之複合透明氧化物薄膜及其製造方法係設置一缺氧氧化物薄膜20於透明導電氧化物薄膜10的一表面，藉以提高該透明導電氧化物薄膜10中的載子濃度，從而降低該透明導電氧化物薄膜10的電阻值，使該透明導電氧化物薄膜10除了具有高導電性外，更同時具備高透光率之優勢。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．透明導電氧化物薄膜
100．．．基板
S11~S13．．．步驟
20．．．缺氧氧化物薄膜
200．．．複合透明氧化物薄膜
第1圖為本發明一實施例中複合透明氧化物薄膜之製造方法的步驟流程圖。
第2a圖至第2c圖為本發明複合透明氧化物薄膜的一實施例之流程示意圖。
S11~S13．．．步驟

Claims (8)

  1. 一種複合透明氧化物薄膜之製造方法，包含：在一基板上沉積一透明導電氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxide,TCO)；在該透明導電氧化物薄膜的上或下沉積一缺氧氧化物薄膜(Anoxic oxide film)，該缺氧氧化物薄膜的含氧量係氧化物化學計量的65%~99.9%；以及對該缺氧氧化物薄膜、該透明導電氧化物薄膜以及該基板進行熱處理程序，以形成一複合透明氧化物薄膜，其中該缺氧氧化物薄膜是由氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂的其中之一或數個組成之族群所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合透明氧化物薄膜之製造方法，其中該缺氧氧化物薄膜係於一缺氧環境下沉積形成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之複合透明氧化物薄膜之製造方法，其中該缺氧環境係在2~7毫托(mTorr)氣壓下通入氬氣與氧氣分壓比率介於0.8~2之間的混合氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合透明氧化物薄膜之製造方法，其中該複合透明氧化物薄膜之載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之複合透明氧化物薄膜之製造方法，其中該熱處理程序係包括使用退火熱處理、雷射熱處理及紫外線固化熱處理其中之一者。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之複合透明氧化物薄膜之製造方法，其中該退火熱處理的溫度範圍介於150℃至300℃之間，而加溫時間範圍則係介於1分鐘至30分鐘之間。
  7. 一種複合透明氧化物薄膜，設置於一基板上，包含：一透明導電氧化物薄膜，設置於該基板的一表面；以及一缺氧氧化物薄膜，設置於該透明導電氧化物薄膜之上或下，該缺氧氧化物薄膜的含氧量係氧化物化學計量的65%~ 99.9%，其中該透明導電氧化物薄膜及該缺氧氧化物薄膜構成一複合透明氧化物薄膜，該缺氧氧化物薄膜是由氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋰、氧化鉀、氧化鈉、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣及氧化鎂的其中之一或數個組成之族群所構成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之複合透明氧化物薄膜，其中該複合透明氧化物薄膜之載子濃度範圍介於1×1020 cm-3 至1.2×1022 cm-3 之間。
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