Способ изготовления электропроводящих прозрачных пленок

 

Использование: изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления фотоприборов. Сущность изобретения: на кварцевую подложку методом магнетронного распыления из мишени состава In₂O₃:SnO₂, где содержание SnO₂ не более 10 мас.%, осаждают пленку окиси индия, легированную оловом, в аргоно-кислородной среде, содержащей 10 - 15% кислорода. Давление смеси 0,2 - 0,4 Па и плотность подводимой к мишени мощности разряда 3,2 - 4,5 Вт/см². Т подложки 300°С. Далее проводят отжиг в аргоно-кислородной среде при температуре 500 - 550°С. На пленку наносят слой SiO₂ 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к технологии изготовления фотоэлектрических приборов.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [1] в котором слой активного электрода наносят пульверизацией холодного спиртового раствора хлоридов индия и олова на нагретую на воздухе до 450-480^оС подложку, а затем проводят пиролиз. Пленки при этом неравномерны и неоднородны. Коэффициент пропускания не велик.

Известен способ получения электропроводящих прозрачных пленок [2] включающий нанесение пленки методом ВЧ-распыления из горячепрессованной мишени состава In₂O₃ SnO₂, где содержание SnO₂ не более 10% на нагретую до 300^оС диэлектрическую подложку в аргоно-кислородной среде при полном давлении 1,1 Па и парциальном давлении кислорода 0,1 Па с последующим отжигом в потоке аргона при Т 450-600^oС.

Полученные этим способом структуры имеют хорошую прозрачность (коэффициент пропускания 90% ) и удельное сопротивление порядка (2-4)˙10^-3 Ом˙см. Однако в некоторых случаях требуются структуры с максимальной прозрачностью и сохраненным при этом небольшим удельным сопротивлением. Способ [2] принят за прототип как наиболее близкий по технической сущности.

Технический результат изобретения повышение прозрачности пленок при сохранении высокой электропроводности.

В способе изготовления прозрачных электропроводящих пленок на основе окислов металлов, включающем нанесение пленки в аргонокислородной среде методом магнетропного распыления из горячепрессованной мишени состава In₂O₃ SnO₂ содержание SnO₂ не более 10% на нагретую до 300^оС диэлектрическую подложку и последующий отжиг в аргонокислородной среде при Т 500-550^оС, напыление проводят при постоянном давлении 0,25-0,4 Па и плотности подводимой мощности 3,2-4,5 Вт/см². Парциальное давление кислорода составляет 10-15% от общего давления. На сформированную пленку может быть нанесен защитный слой SiO₂ аналогичным методом. Используемое полное давление 0,1-0,2 Па. Подложку при этом также нагревают до 300^оС. Подводимая мощность 4,5-5,8 Вт/см².

Проведение процесса напыления при давлении в интервале 0,2-0,4 Па обусловлено следующим. При более низких давлениях наблюдается нестабильность процесса нанесения за счет "срывов" разряда установки. При более высоких давлениях, чем 0,4 Па наблюдается увеличение шероховатости пленок, возрастает неоднородность и неравномерность по толщине, что влияет на электрооптические показатели.

При использовании подводимой мощности менее 3,2 Вт/см² качество пленок также снижается. Повышается фон естественных загрязнений (остаточный азот, углерод и т. д. ) за счет неэффективности или малой мощности разряда. При относительно небольшом давлении (0,25-0,4 Па) рост пленки сопровождается внедрением примесей, которые влияют на коэффициент пропускания и проводимость. При использовании мощности более 4,5 Вт/см²пленки имеют разориентированную структуру, неравномерны, прозрачность уменьшается.

Рабочее давление при осаждении диэлектрического защитного слоя SiO₂поддерживалось в диапазоне 0,1-0,2 Па. С ростом давления (например 0,4 Па) снижалось качество защитных пленок, оцениваемое по скорости химического травления, которая при этом увеличивается почти на порядок. Это происходит за счет уменьшения коэффициента перераспределения и увеличения пористости пленок.

Известно [2] что напыление аналогичных пленок In₂O₃ Sn проводят обычно при давлении смеси аргона и кислорода в диапазоне 1-1,1 Па, используя ВЧ-метод напыления. Однако полученные таким образом пленки имеют невысокие прозрачность (80%) и оптическую однородность, и их проводимость в значительной мере зависит от парциального давления кислорода как при нанесении, так и последующем отжиге. Температура отжига 500-600^оС и падение сопротивления в пленках, подвергнутых отжигу, связаны с установлением равновесной концентрации кислорода в пленке.

В предлагаемом способе напыление осуществлялось при общем рабочем давлении 0,2-0,4 Па, что является нетрадиционным в данной области техники. Кроме того, совместное использование низкого давления и подводимой мощности в диапазоне 3,2-4,5 Вт/см² позволяет получать пленки In₂O₃ Sn, имеющие плотную структуру, близкую к дефектному поликристаллу. Этим объясняется повышение качества пленок. Коэффициент пропускания увеличивается до 98% поверхностное сопротивление составляет 200-250 Ом/□.

Кроме улучшения электрооптических свойств самой пленки, появляется также преимущество для последующего нанесения защитного прозрачного покрытия из SiO₂. Структура имеет хорошую адгезию, равномерна и однородна по толщине, шероховатости отсутствуют, и последующее нанесение слоя SiO₂ практически не изменяет электрооптические свойства структуры.

Таким образом, предлагаемый способ удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

П р и м е р. На кварцевую подложку размерами 20х20 мм проводили осаждение пленки окиси индия, легированного окисью олова, на установке УВН-2М1, модернизированной магнетронной распылительной ячейкой. Ячейка через согласующее устройство подсоединялась к генератору ВЧ (13,56 МГц) и был обеспечен уровень согласования магнитной распылительной системы с генератором ВЧ не менее 92% Камера снабжена ИК-нагревателем.

В рабочей камере обеспечивали остаточное давление 1˙10^-3 Па. Затем напускали рабочий газ и устанавливали давление 0,4 Па. Рабочий газ представлял собой смесь аргона и кислорода при содержании последнего 10-15% Включали генератор ВЧ-установки, устанавливали величину подводимой мощности 350 Вт, что соответствует плотности подводимой мощности 4,5 Вт/см².

Подложку предварительно нагревали до 350^оС и выдерживали при такой температуре в течение 20 мин, затем путем естественного охлаждения устанавливали температуру 300^оС.

Распыление проводили из мишени диаметром 100 мм, содержащей горячепрессованный материал In₂O₃ SnO₂. Молярная доля SnO₂ составляла 10% После предварительного распыления мишени в течение 20 мин при закрытой заслонке последнюю открывали и осаждали на подложку пленку толщиной 1 мкм в течение 30 мин. Далее структуру нагревали до 500^оС и проводили отжиг в аргонокислородной среде, при содержании кислорода 5-10% в течение 15 мин. Далее охлаждали подложку естественным путем в вакууме.

Защитный слой SiO₂ наносили аналогичным образом, используя кварцевую мишень диаметром 100 мм. На подложку со сформированной структурой, нагретую до 300^оС, проводили напыление окиси кремния при давлении аргонокислородной смеси 0,1-0,2 Па. Содержание кислорода 5-10% Подводимая мощность составляла 350-450 Вт, что соответствует плотности подводимой мощности разряда 4,5-5,8 Вт/см². Толщина слоя составила 3 мкм.

Изменений оптоэлектрических свойств структуры с защитным слоем практически не наблюдалось, что подтверждает высокое качество получаемых пленок. Они обладают хорошей адгезией, равномерны и однородны по толщине, процессы диффузии кислорода завершены. Поверхностное сопротивление 200-250 Ом/□. Коэффициент пропускания 98% Проводили также напыление оптически прозрачных пленок In₂O₃ Sn на подложку со сферической поверхностью, радиус сферы 4 мм. Полученная пленка обладала всеми перечисленными выше качественными показателями.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать пленки повышенного качества, удовлетворяющие требованиям оптоэлектроники.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК, включающий осаждение пленок путем высокочастотного магнетронного распыления из мишени In₂O₃ S_nO₂, содержащей не более 10 мас. оксида олова в аргонокислородной среде на нагретую до 300^oС диэлектрическую подложку, и последующий высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что осаждение пленок проводят при давлении аргонокислородной смеси 0,25 0,4 Па и парциальном давлении кислорода 10 15% от общего давления и плотности подводимой мощности разряда 3,2 4,5 Вт/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отжига пленки наносят защитный слой оксида кремния.