[发明专利]一种InGaZnO透明导电薄膜的L-MBE制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体透明导电薄膜生长及全透明柔性显示等领域，涉及一种半导体透明导电薄膜的最新制备方法，特别涉及一种采用InGaZnO陶瓷靶材(In∶Ga∶Zn原子比为1∶1∶1)，利用等离子辅助L-MBE设备制备非晶态INGAZNO透明导电薄膜的最新技术。

背景技术

随着半导体材料和显示技术的进步，人们对于显示技术提出更高的要求，比如响应速度更快、亮度更高、能耗更小、成本更低、全透明以及柔性显示等。薄膜晶体管驱动液晶显示技术(TFT-LCD)，是一种重要的显示技术，被广泛应用于笔记本电脑、液晶电视和手机中。传统的非晶硅或有机材料TFT由于迁移率较低(一般不超过2cm²v^-1s^-1)，而且器件和电极不透明，受可见光影响较大，无法满足以上要求。近年来，以In₂O₃、SnO₂和ZnO等透明氧化物半导体材料，如ITO、ZnO:Al、ZnO:Ga和ZnO:In等，作为电极或者沟道层的透明TFT逐渐成为研究的热点。

2004年日本东京理工学院的研究人员通过在ZnO中掺杂高浓度的In₂O₃和GaO，在塑料基底上制备出非晶态的INGAZNO透明导电薄膜，其迁移率超过-10cm²v^-1s^-1，用它制作的晶体管可比目前的塑料晶体管高出1-3个数量级。这种半导体材料可完全用在许多种柔性、轻型、耐冲击电子装置中，包括柔性显示器、电子纸和经久耐用的计算机。这种非晶态InGaZnO化合物，其原子是随机排列的，更便于用于电子装置，但是制作方法不同于结晶半导体和多晶半导体。自此，非晶态INGAZNO透明导电薄膜和以其为沟道层的TFT的研究成为人们关注的焦点。

基于以上INGAZNO透明导电薄膜的巨大应用前景，我们发明了一种采用InGaZnO陶瓷靶材(In∶Ga∶Zn原子比为1∶1∶1)，利用等离子辅助L-MBE设备，在高真空条件下在石英玻璃衬底上外延生长非晶态INGAZNO透明导电薄膜的新工艺，在300W射频功率得到光学和电学性能优良的非晶态INGAZNO透明导电薄膜。在现有技术中，没有利用等离子辅助L-MBE设备制造INGAZNO透明导电薄膜的技术方案，我们通过等离子辅助L-MBE设备制造INGAZNO透明导电薄膜取得了意想不到的效果，成功制备出性能优异的非晶态INGAZNO透明导电薄膜。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种InGaZnO透明导电薄膜的L-MBE制备方法，包括如下步骤：

(1)将纯度＞99.999％的In₂O₃、GaO和ZnO按In∶Ga∶Zn原子比为1∶1∶1混合，并在1000-1200℃烧结而成InGaZnO陶瓷靶材；

(2)将清洗吹干后的衬底置于等离子辅助L-MBE设备中，然后先以每分钟8-12℃的速率将衬底从室温加热到100-700℃，再向等离子辅助L-MBE设备中通入离化氧气体，气体流量10-40sccm、真空度为1×10^-3-2×10^-3Pa、射频功率200-400W、处理30-60分钟，去除衬底表面吸附的杂质和水分后将衬底降温至200℃；

(3)将InGaZnO陶瓷靶材置于经步骤(2)处理过的衬底上面，采用KrF准分子激光器蒸熔InGaZnO陶瓷靶材，重复频率3-7Hz，能量为80-120mJ，等离子辅助L-MBE设备本底真空度为1×10^-6-2×10^-6Pa，生长InGaZnO薄膜时衬底温度为100-300℃，气氛为离化氧气氛、离化氧分压为1×10^-3-2×10^-3Pa，射频离化功率100W-400W，InGaZnO薄膜生长时间为2-3小时。

所述步骤(2)中当衬底是石英玻璃或不锈钢时，将清洗吹干后的衬底置于等离子辅助L-MBE设备中，然后先以每分钟8-12℃的速率将衬底从室温加热到500-700℃，再向等离子辅助L-MBE设备中通入离化氧气体，气体流量10-40sccm、真空度为1×10^-3-2×10^-3Pa、射频功率200-400W、处理30-60分钟，去除衬底表面吸附的杂质和水分后将衬底降温至200℃。