Способ получения электропроводящего прозрачного покрытия из оксида индия

(12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПРОЗРАЧНОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ ОКСИДА ИНДИЯСпособ получения электропроводящего прозрачного покрытия из оксида РГНДИЯ, заключающийся в напылении покрытия на подложку в атмосфере, содержащей кислород, путем воздействия на мишень из оксида индия лазерным лучом, отличающийся тем, что напыление осуществляют на нагретую подложку в атмосфере смеси кислорода и азота при парциаль ном давлении кислорода Ро 28-104 810 мм рт. ст. и азота Ры 21-105 1-10 мм т. ст.(71) Заявитель Гомельское производственное объединение Коралл (ВУ)(73) Патентообладатель Гомельское производ ственное объединение Коралл (ВЧ)а перед воздействием на мишень лазерным лучом в вакуумной камере создают плазму тлеющего разряда и поддерживают ее в течение всего процесса напыления.1. Шаганов И.И., Крыжановский Б.П., Дубков В.М. Получение прозрачных окисных покрытий импульсным лазерным напылением.Изобретение относится к технологии получения высококачественных покрытий оксида индия в вакууме с использованием лазерного излучения и может найти применение в электронной и оптической промышленности.Для получения высококачественных жидкокристаллических индикаторных панелей необходимо формирование прозрачных токопроводящик покрытий, обладающих низким электрическим сопротивлением (менее1-1 50 Ом/а) и высоким светопропусканием (боо лее 90). Традиционные методы не обеспечивают получение пленок с приведенными 3 выше свойствами. о Известен способ получения прозрачной Ф электропроводящей пленки, заключающийся в нанесении окислов металлов. имеющих Ч электропроводящие свойства в пленочной фаЩ зе, путем распыления окислов металлов иосаждения их из пара на прозрачную подложку из неорганического материала.При этом для стабилизации и улучшения свойств пленки (сравнительно низкая пропускная способность, порядка 70, для света с длиной волны 550 нм) за счет обеспечения роста кристаллических фаз, пленку подвергают термообработке путем обдува горячим воздухом в течение 10-30 мин при температуре 130-200 С.Недостатком способа является то. что при термообработке пленки возможна диссоциация оксидов, что ведет к нарушению стехиометрического состава и, следовательно, к ухудшению величины светопропускания.За прототип Принят способ получения электропроводящего прозрачного покрытия из оксида индия. заключающийся в напылении покрытия на подложку в атмосфере. содержа 3 ВУ 960 С 1 4щей кислород. путем воздействия на мишень из оксида индия лазерным лучом 1 .Проведение испарения импульсным лазерным излучением обеспечивает возможность напыления оксида индия при высоком остаточном давлении (0.5 Па), что невозможно при других способах вакуумного напыления.Однако, полученные таким способом плешси имеют несовершенную структуру, что приводит К ВЫСОКИМ ЗНЗЧСНИЯЩД ЭЛСКТрИЧЕ/СКОЕО СОПРОТИВ тешит пленки и для стабилизации ее свойств необходима дополнительная обработка.Задача, решаемая данным изобретением получение электропроводящего покрытия оксида индия с высоким светопропусканием и малой величиной поверхностноггщ.сопротивления.Техъптческим результатом, достигаемым заявляемым способом, является получение покрытия с однородным, стехиометрическим составом.Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения электропроводящего прозрачного покрытия из оксида индия, заключающемся в напылении покрытия на подложку в атмосфере, содержащей кислород, путем воздействия на мишень из оксида индия лазерным лучом, согласно изобретению напыление осуществляют на нагретую подложку в атмосфере смеси кислорода и азота при парциальном давлении кислорода Ро 18104 8105 мм рт. ст. и азота Ры 2 11 О 5 110 б мм рт. ст., а перед воздействием на мишень лазерным лучом в вакуумной КЗМЕРВ СОЗДЗЮТ плазму ТЛБЮЩЕГО разряда И поддерживают ее в течение всего процесса наиыления.Сущность изобретения заключается в следующем. Пленка из оксида индия имеет электронную проводимость, характерную для полупроводниковых структур. Известно, что в ПОЛУПРОВОДНИКНХ ТЗКОГО ТИПЕ МОЖНО УВЕЛИ чить проводимость за счет искусственного изменения стехиометрическом состава металлического компонента. Последнее достигается введением в состав пленок веществ, способных замещать кислород в кристаллической решетке синтезируемого окисла, но имеющих меньшую валентность. Оксиды металлов при электронно-лучевом, резистивном и др. методах сильно диссоциируют даже при остаточном (парциальном) давлении кислорода в рабочем объеме вакуумной камеры, не в полной мере обеспечивается термическая активация на подложке. В результате этого на подложке осаждается оксид металла со значительным дефицитом кислорода, т.е. имеет место явное нарушение стехиометрическово состава, что обеспечивает низкую прозрачность пленки.Для повышения энергетики процесса окисления наряду с термической активациейприменена ионизация кислорода и азота тлеюшим разрядом на постоянном токе. При этом атомарный кислород и азот. обладающий большей химической активностью, увеличивает степень окисления до высших окислов.Наличие в среде азота приводит к образованию нитридов в составе пленки. которые выступают в качестве металлического компонента и значительно снижают величину удельного сопротивления.При оптимальных технологических режимах напыления величина светопропускания превышает 93.Ионизация кислорода и азота необходима при осуществлении предлагаемого способа. Она позволяет использовать привзаимодействии атомарный кислород и азот, что химически более оправдано, чем использование молекулярных компонентов газовой смеси. Плазма разряда эффективно стимулирует окислительно-восстановительные реакции на подложках из стекла или плавленого кварца. При действии ионов кислорода не только восстанавливается стехиометрический состав исходного оксида, но и превалирует химическое взаимодействие с подложкой по типу металл-кислород-кремний, что обеспечивает высокую адгезию покрытия на подложке. Получение стехиометрической по составу пленки обуславливает ее высокую (более 90) прозрачность в видимой области спектра. Снижение величины удельного сопротивления в свою очередь достигается за счет введения дополнительного металлического компонента из нитридов индия в. состав покрытия, обусланлинаюшет хорошее сочетание светопропускания и электрического сопротивления.Способ осуществляется следующим образом. В вакуумную камеру 1 загружают стеклянные подложки 2, которые закрепляют на вращаюшейся карусели З. В тигель 4 засыпают порошок оксида индия с добавкой олова и устанавливают его в вакуумную камеру на вращающийся столик 5. После этого откачивают рабочий объем камеры до высокого вакуума и с помощью игольчатых натекателей 6 и 7 осуществляют последовательное натекание кислорода и азота до установления парциального давления Ро 28104 81 О 5 мм рт. св Ры 2 1105 1106 ьам- рт. ст. При этом включают инфракрасные нагреватели 8,которые поднимают температуру стеклянных подложек до 18 О-200 С. С помощью высоковольтного блока 9 на электроды 10 подают отрицательное напряжение б кВт, при токе ионизации 100 мА, создавая тем самым плазму тлеющего разряда. Включают источник питания лазера П и открывают заслонку 12. Лазерное излучение через оптическое окно 13 попадает на сферическое зеркало 14 и фокусируется на поверхности порошка в тигле 4.нагревает его до температуры испарения. Пар проходит между электродом 10. образующим плазму тлеющего разряда и осаждается на стеклянной подложке 2, формируя на ее поверхности прозрачное электропроводящее покрытие.Пример осуществления способа. Напыление ЭЛЕЗКТРОПРОВОДЯЩСГО ПОКРЫТИЯ ОСУЩССТВЛЯЛИ на серийной установке УВНЛЗ П-2, оснащенной СО 2 - лазером марки ЛГН-703 и высокоВОЛЬТНЬЦД бЛОКОМ ДЛЯ ПОДЗЧИ ОТРИЦЗТСЛЬНПП) напряжения 6 кВ на электроды, установленные перед вращающейся каруселью. На карусели закрепляли подложки из фотостекла, температура которых поддерживалась с помощьюИК-нагревателей- -в- пределах 180-200 С. Пар циальное давление устанавливали в интервале Ро 28-103 8105 мм рт. ст., Ры 3 1105 8104 мм рт. ст., ток ионизации поддерживали равным 100 мА. Параметры заявляемого способа и свойства полученных покрытий приведены в таблице.Кроме того, в таблице приведены режимы лазерного напыления и свойства покрытий,полученных при этих режимах, подтверждающие обоснованность выбранных режимов заявляемого способа.Выбор режима мощности плазменного разряда в указанных пределах Рразр.0,32,0 Вт обусловлен устойчивым горением плазмы тлеющего разряда в вакуумной камере при указанных в описании парциальных давлениях кислорода и азота. Превышение или снижение мощности разряда неэффективно с точки зрения ОКИСЛИТСЛЬНОВОССТЗНОВИТВЛЬНЫХ реакций на границе пленка-подложка. При этом превышение указанного значения приводит к резкому увеличению окисла 211203 в составепленки с явным дефицитом металлического компонента, что приводит к возрастанию величины светопропускания и резкому снижению металлической фазы в составе пленки,ответственной за проводимость. Это подтверждают данные масс-спектрального анализа состава пленки но толщине (масс-спектроскопия вторичных ионов, масс-спектрометр НС-7201). Снижение мощности разряда (менее .О 3 Вт) малоэффективно, не приводит к заметному улучшению качества покрытий. Величина светопропускания при этом составляет более 90 Й 550 нм), однако удельное сопротивление всегда не менее 1 кОм.см. Наличие в среде азота, как показывают данные масс-спектрального аналщзагприводит к образованию нитридов, которые выступают в качестве металлического компонента в составе пленки 2 п 2 О 3 Бп и значительно снижают величину удельного сопротивления при оптимальных ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ рЕЖИМаХ ННПЫЛНИЯ (СМ. Таблицу). При этом величина светопропускания практически остается неизменной. Этот факт и приводит к возможности получения низкоомных (менее 100 Ом-см) токопроводящих пленок из оксида индия, легированного оловом, которые могут быть по своим характеристикам промышленно применимыми.Таким образом, получение на стеклянных подложках прозрачных токопроводящих покрытий из оксида индия активированного ионами олова с низким удельным сопротивлением и высоким светопропусканием позволяет значительно улучшить эргономические параметры крупногабаритных ЖК-экранов, работающих на Супер-твист эффекте, эффекте двойною лучепреломления и др.Примеры ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ способа ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ ПОКБЫТИЯ ИЗ ОКСИДЭ. ИНДИЯУдельное светопродавление Давление сопротивление пускание меннолпразряш РМ 2, Торр 1302, Торр Т И, ВТ 1. 3-104 2. 6 -1 о 3 18022 О о,32 о д 1-10 4. 8-10 5. 6-104 б. 4 - 180220 о,з 2 о 7. 1 Ь 8 9. 610. 411. 1-104 18 О 22 О 12. з-1 о 13. 6-104 14. 4-1 о 15. 1-10 16. з- 13 о 22 о 17. 8 Ь б 19. 20. 2112 О 35 п 21. 22.Заказ 1023 Тираж 30 экз. Государственное патентное ведомство Республики Беларусь. 220072, г. Минск. проспект Ф. Скоринъг. 66.