Способ формирования слоев на основе оксида цинка

Изобретение относится к области тонкопленочной технологии, а именно к технологии получения прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка, легированного галлием или алюминием. На подложке формируют промежуточный и основной слои на основе оксида цинка, легированного галлием или алюминием. Промежуточный слой формируют с концентрацией легирующего компонента в интервале от значения, которое совпадает с концентрацией в основном слое, до 20 ат.%. В частных случаях осуществления изобретения перед нанесением основного слоя промежуточный слой подвергают выдержке от 5 минут до 2 часов при температуре от 200°С до 500°С. Промежуточный слой выполняют сплошным или островковым. Формирование слоев проводят в проходных магнетронных установках и в качестве мишени используют секционированную мишень, в которой часть мишени, находящаяся со стороны входящей в установку подложки, содержит более высокое содержание легирующего компонента, чем в остальной части мишени. Уменьшается суммарное время нанесения подслоя и основного слоя, обеспечивается управление рельефом синтезируемого слоя и исключается использование материалов, отличных от материалов, входящих в основной слой. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к области тонкопленочной технологии, а именно к технологии получения прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка.

Известны многочисленные способы формирования слоев (например, прозрачных электродов) на основе оксида цинка [например, Т. Minami. New n-Type Transparent Conducting Oxides. MRS BULLETIN AUGUST 2000, 38-44; US pat. №№5342676, 6457683, 64586736569548, 8163342, заявка №20080308411, JP2005-298867]. Недостатком их является зависимость от материала и/или состояния поверхности подложки.

Наиболее близкими к предлагаемому способу являются способы, заключающиеся в том, что между подложкой и слоем ZnO с легирующими примесями (основной слой) предварительно наносят промежуточный слой [Z.L.Pei, Х.В.Zhang, G.P.Zhang, J.Gong, С.Sun, R.F.Huang, L.S.Wen. Transparent conductive ZnO:Al thin films deposited on flexible substrates prepared by direct current magnetron sputtering. Thin Solid Films 497 (2006) 20-23; US pat. No.8168463]. Подслой влияет на кристаллическую структуры слоев (например, может увеличивать совершенство кристаллической решетки,) и может играть роль барьерного слоя.

Недостатком способов-прототипов является внесение в состав структуры дополнительных материалов с отличными от ZnO оптическими, электрическими, химическими, тепловыми и механическими свойствами, что может снижать эксплуатационные характеристики слоев, а также то, что использование отличающихся материалов требует разбиения технологического процесса на этапы, в т.ч. и с использованием различного оборудования.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение использования материалов, отличных от материалов, входящих в основной слой, уменьшение суммарного времени нанесения подслоя и основного слоя, а также управление рельефом синтезируемого слоя.

Указанный технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что распыление производят в два этапа. На первом этапе формируют промежуточный слой (подслой) из оксида цинка с концентрацией легирующей примеси в интервале от ее величины в основном слое вплоть до величины 20 ат.%. На втором этапе формируют основной слой на основе оксида цинка.

Нанесение подслоя с концентрацией, совпадающей или близкой к ее концентрации в основном слое, дает эффект, отличный от нанесения основного слоя (того же состава) без подслоя, благодаря тому, что подслой может - до нанесения основного слоя - быть подвергнут каким-либо действиям. Например, выдержка подслоя после его нанесения (до нанесения основного слоя) в течение времени от 5 минут до 2 часов при температуре от 200°С до 500°С приводит к увеличению числа или размеров центров кристаллизации для последующего выращивания основного слоя. Легирование подслоя с концентрациями, заметно меньшими, чем у основного слоя, не приводит к существенному влиянию на свойства основного слоя даже при описанных промежуточных обработках.

Увеличенный уровень легирования подслоя приводит к тому, что в ходе роста подслоя или при его промежуточной обработке на растущей поверхности создается большое число центров кристаллизации, образованных осаждаемыми на поверхность атомами легирующей примеси. Большое число центров кристаллизации приводит к ускорению слияния (коалесценции) зародышей. Ранняя коалесценция зародышей существенно уменьшает рельеф поверхности подслоя и, как следствие, сглаживает рельеф синтезированного слоя. Кроме того, ранняя коалесценция снижает время, необходимое для формирования сплошного подслоя, что увеличивает производительность напылительного оборудования. Оптимальное содержание легирующей примеси в подслое зависит от материала подложки и требуемых свойств основного слоя и определяется экспериментально.

Используемый подслой может быть как сплошным, так и островковым. Управляя степенью заполнения поверхности подложки, можно управлять рельефом поверхности основного слоя. Формируя островковые центры кристаллизации, создают условия для раннего начала роста в области центров кристаллизации и получения слоев с аномально высоким рельефом. Такой процесс обеспечивает создание прозрачных электродов для более эффективных солнечных панелей. Благодаря высокому рельефу обеспечивается большая степень поглощения солнечного излучения в преобразователе и тем самым высокий кпд преобразователя.

Наоборот, формирование сплошного слоя позволяет формировать слои с гладкой поверхностью, что необходимо для синтеза прозрачных электродов в системах отображения информации и в светоизлучающих структурах.

В варианте предлагаемого способа в качестве легирующей примеси используют галлий или алюминий. Выбор алюминия и галлия в качестве легирующих компонентов обусловлен тем, что слои ZnO:Ga и ZnO:Al представляют наибольший практический интерес для создания прозрачных электродов в различных устройствах, а также их высоким коэффициентом диффузии в оксиде цинка.

Указанный метод может быть также реализован в проходных магнетронных установках путем использования одной секционированной мишени. Так, если подложка перемещается сначала над частью мишени с высоким содержанием примеси, а затем с низким, то можно с помощью одного магнетронного узла синтезировать и подслой, и основную пленку. При этом толщину подслоя и основного слоя регулируют скоростью транспортировки подложки, мощностью разряда, давлением в камере и иными параметрами.

Примером конкретного использования способа является синтез слоев ZnO:Ga с различными уровнями легирования. При температуре подложки Tsub=290оС, давлении аргона в камере Р=0,1-0,15 Ра и токе разряда I=500 mА выращивают слой ZnO:Ga с 1%, 3% и 6% Ga. При этом время формирования центров кристаллизации для слоев с 6% Ga на 5 минут меньше, чем для 3%, и на 7,5 минут - чем для 1%. Изучение электронных фотографий поверхностей полученных основных слоев показывает, что по мере роста уровня легирования подслоев без последующей выдержки рельеф поверхности основного слоя сглаживается, а при промежуточной выдержке подслоев при повышенной температуре становится более резким. Кроме того, на подслоях с более высокой концентрацией примеси линейный (по времени) рост основной пленки начинается раньше, чем на подслоях с низкой концентрацией.

Проведенные испытания показали, что полученные слои соответствуют требованиям, предъявляемым к прозрачным проводящим электродам, а предлагаемый способ нанесения оксидных пленок обеспечивает высокое структурное совершенство слоев. Показано существенное снижение времени, затрачиваемого на формирование слоев, что позволяет увеличить производительность дорогостоящего промышленного напылительного оборудования и сократить длительность энергоемких операций.

1. Способ получения прозрачной проводящей пленки на основе оксида цинка, легированного галлием или алюминием, включающий формирование на подложке промежуточного и основного слоев на основе оксида цинка, легированного галлием или алюминием, при этом промежуточный слой формируют с концентрацией легирующего компонента в интервале от значения, которое совпадает с концентрацией в основном слое, до 20 ат.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением основного слоя промежуточный слой подвергают выдержке от 5 минут до 2 часов при температуре от 200°С до 500°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наносят сплошной промежуточный слой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что наносят островковый промежуточный слой.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование слоев проводят в проходных магнетронных установках и в качестве мишени используют секционированную мишень, в которой часть мишени, находящаяся со стороны входящей в установку подложки, содержит более высокое содержание легирующего компонента, чем в остальной части мишени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к конструкции магнитного блока распылительной системы, и может быть использовано в планарных магнетронах для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ получения защитного металлического покрытия на поверхности изделия из алюминия и сплавов на его основе включает размещение изделия в зоне обработки, создание вакуума в зоне обработки, очистку поверхности пучком ионов и осаждение металлического покрытия с одновременной подачей на изделие отрицательного напряжения смещения.

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано для нанесения пленок в крупногабаритных изделиях остекления самолетов. Устройство для ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок в вакууме содержит рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с мишенью, расположенной на основании, магнитная система, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения мишени и подложкодержатель с изделием.

Изобретение относится к космической технике и касается создания терморегулирующего материала для нанесения на поверхность космического объекта (КО). Терморегулирующий материал содержит подложку в виде оптически прозрачного стекла, высокоотражающий слой из серебра, защитный слой.

Изобретение относится к способу транспортировки вакуумно-дуговой катодной плазмы с фильтрованием от макрочастиц и устройству для его осуществления. Плазменные потоки транспортируют в плазмооптической системе от электродугового испарителя к выходу источника плазмы под действием транспортирующего магнитного поля, создаваемого с использованием электромагнитных катушек.
Изобретение относится к модификации поверхностных свойств тканых и нетканых текстильных материалов методом магнетронного распыления и может быть использовано для изготовления материалов, обладающих электрической проводимостью и экранирующих электромагнитное излучение.

Изобретение относится к области магнетронного распыления материалов. Узел магнетронного распыления содержит распыляемую мишень и по меньшей мере одну плоскую магнитную систему.

Прозрачное проводящее покрытие из оксида металла наносят на подложку путем распыления, по меньшей мере, одного компонента покрытия из оксида металла импульсным магнетронным методом и конденсирования его на подложке.

Изобретение может быть использовано при обработке длинномерных изделий для модифицирования поверхности и нанесения функциональных покрытий с использованием технологий вакуумной ионно-плазменной обработки, ионной имплантации и нанесения покрытий.
Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту. Осуществляют осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения, затем второго слоя покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, после чего проводят магнитно-импульсную обработку в течение 15-20 минут.

Изобретение относится к конструкции упрочняющих теплоотражающих просветляющих покрытий для прозрачных пластиковых изделий, например для экранов средств индивидуальной защиты.

Изобретение относится к технологии получения стабильных при высоких температурах оксидных слоев. Способ осуществляют посредством испарения мишени из сплава металлических и/или полуметаллических компонентов электрической дугой с формированием оксида, содержащего три или более компонентов.

Изобретение относится к способу изготовления оксидных слоев посредством напыления конденсацией из паровой фазы (PVD), прежде всего посредством катодного испарения электрической дугой, и может быть использовано для защиты деталей от износа, при изготовлении запирающих слоев, сегнетоэлектриков, сверхпроводников или топливных элементов.
Изобретение относится к машиностроению. Способ создания многослойного теплозащитного металлокерамического покрытия для камер сгорания и газовых турбин авиационных и ракетных двигателей включает нанесение на рабочую поверхность чередующихся керамических и металлических слоев посредством ионно-плазменного напыления.

Изобретение относится к устойчивым к смачиванию материалам и изделиям, которые содержат покрытия из таких материалов. Устойчивое к смачиванию изделие включает покрытие, имеющее величину открытой пористости поверхности до примерно 5% об., причем покрытие включает материал, содержащий первичный оксид и вторичный оксид, где первичный оксид содержит катион, выбранный из группы, состоящей из церия, празеодима, тербия и гафния, а вторичный оксид содержит катион, выбранный из группы, состоящей из редкоземельных элементов иттрия и скандия.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения теплозащитных покрытий на деталях турбин из никелевых или кобальтовых сплавов, в частности газовых турбин авиадвигателей и энергетических установок.

Изобретение относится к устойчивым к смачиванию материалам и изделиям, которые содержат покрытия из таких материалов. В одном воплощении такой материал содержит первичный оксид, содержащий катионы первичного оксида, причем катионы первичного оксида включают церий и гафний, и вторичный оксид, содержащий катион вторичного оксида, выбранный из группы, состоящей из редкоземельных элементов иттрия и скандия.

Изобретение относится к барьерным слоям, обеспечивающим снижение проницаемости материала для конкретных субстанций. .

Изобретение относится к способу нанесения теплобарьерного покрытия на основе диоксида циркония на монокристаллический жаропрочный сплав на основе никеля, имеющего следующий состав, мас.%: 3,5-7,5 Сr, 0-1,5 Мо, 1,5-5,5 Re, 2,5-5,5 Ru, 3,5-8,5 W, 5-6,5 Al, 0-2,5 Ti, 4,5-9 Та, 0,08-0,12 Hf, 0,08-0,12 Si, остальное до 100% составляют Ni и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области получения тонкопленочных покрытий, в частности к вакуумному нанесению прозрачных проводящих покрытий методом магнетронного распыления.

Изобретение относится к технологии тонких пленок, в частности к способу формирования равномерных по толщине пленок оксида церия (CeO2) на подложках сложной пространственной конфигурации, и может быть использовано для создания равномерных по толщине пленок оксида церия при решении ряда задач нанотехнологии, энергосберегающих технологий, в электронной, атомной и других областях науки и техники. Способ включает магнетронное распыление металлической мишени церия в рабочей камере в атмосфере, содержащей инертный газ и кислород, и осаждение на подложку слоя оксида церия, при этом подложку размещают на аноде в области зоны активного распыления мишени на расстоянии от мишени R, превышающем глубину зоны термализации L распыленных атомов мишени, при соотношении R/L в диапазоне 1,2÷1,5. Техническим результатом изобретения является формирование равномерных по толщине покрытий оксида церия на подложках сложной пространственной конфигурации. 2 ил., 1 пр.
Наверх