退火温度和气氛对GZO薄膜和LED器件性能影响

2012-05-28 王万晶 上海大学机电工程与自动化学院

  进行磁控溅射的措施将夹杂着了三腐蚀二镓的腐蚀锌溥膜(GZO)沉淀积累在p型氮化镓衬底上并完成阴离子刻蚀配制出LED处理器,学习在环境的和N2积极性多种溫度淬火后的穿透率和LED处理器在N2积极性400℃淬火后的机械性能。得有以下依据:在N2积极性下,400℃淬火后穿透率比较高,为90.17%;环境的淬火后GZO溥膜的穿透率比N2淬火的高;LED处理器400℃淬火后,处理器的电阻电流值的的身材的曲线有一定解决,但处理器的曝光度的的身材的曲线和密度的的身材的曲线均没有那么好,情况说明磁控溅射的GZO电级的LED处理器不能适用合N2积极性400℃淬火。 1、绪论

  ZnO是一种Ⅱ一Ⅵ族具有较大的禁带宽度(室温下为3.4eV的半导体材料,其电子亲和势为3.0eV,激子结合能为60eV,且导电性好,可以用作透明导电薄膜,由于其载流子浓度大、霍尔迁移率高、载流子迁移率高等特性,使其在薄膜场效应管上有很大的应用潜力,同时ZnO具有优异的光电,压电性能,使其在低压荧光,短波激光器,化学传感器,太阳能电池,场发射显示器,真空技术等领域有着广泛的应用前景。[1~5]

  制备ZnO薄膜的方法有很多如:磁控溅射、分子束外延(MBE)、电子束热蒸发、脉冲激光沉积(PLD)等,几乎所有的真空镀膜方法都可以用来制备ZnO薄膜。每种方法的制备原理不同,各有优缺点。其中磁控溅射法镀膜可调节制备工艺参数;薄膜与衬底的附着性好;磁控溅射镀膜法获得的薄膜致密性好、纯度高,膜厚可控和重复性好。[6~7]

  本文作者能够 磁控溅射法制建设备出GZO聚酰亚胺膜在氮化镓本质片和有机玻璃基材上,在能够 光刻刻蚀等基本的工艺设备兑换GZO电级的IC芯片,在有所差异的去应力去应力退火工艺团队氛围和体温下研究分析了去应力去应力退火工艺对映出率,纳米线设计与方块功率电阻的影响到在400℃去应力去应力退火工艺。 2、工作技巧   下面中,先选择磷酸:双氧水:去阴阳阳离子水的比归入5:5:1在普通下清泡本质片15mins,对氮化镓蓝光LED本质片接触面实施腐蚀层的接触面办理,那么呢由小到大在异丙醇溶剂亚冠声擦洗10mins,异丙醇溶剂亚冠声擦洗10mins,那么呢在去阴阳阳离子水亚冠声擦洗10mins,第四用离氮气风干。   GZO 无色导电塑料薄膜是在 SME-200E 磁控溅射系统的上磨合的。溅射的工作功率为350W,溅射氛围营造是氩气,压力为0.55Pa,成长日子25mins, 探针层厚约180nm。   溅射了GZO 塑料薄膜的外加片能够 普通 的光刻刻蚀方案拥有GZO参比电极的外加片。光刻机的尺寸是OAI-800,亚铁离子束刻蚀机的尺寸是:LKJ-1C-150I。

  退火实验室是在RTP-300 快速退火炉真空设备上进行的。首先将样品放在硅片基板上推入炉中,然后快速升温,在特定的温度下保持15 mins 后,快速降温至常温,取出样品。

  为钻研淬火气温和淬火营造氛围对p-GaN与GZO公开导电复合膜的导致,采用了 D/Max-2200X 光谱线衍射(XRD)模式和四电极软件软件测试仪定量分析的手段,GZO 复合膜的经过率是U-3000 分光光度计见到光分光光度计衡量的;电子器件软件软件测试仪是在Hewlett–Packard 4140B和PR-650电子器件软件软件测试仪模式进取心行的。 3、进行实验結果与挑选 3.1、的不同去应力退火标准对膜透射率的引响

图1.1 GZO透明图片导电透明膜在氦气积极性退火处理后的通过率    petpet薄膜在水汽气息中不一样的溫度因素去应力渗碳后的透光性率申请这类卡种线性提额美图。由图1的透光性率申请这类卡种线性提额美而定,GZO 透明化导电petpet薄膜在隐约透射区均有很高的透光性率(80%),且在350nm呈现出来以內有打了个个极强的释放边沿。在氦气中去应力渗碳后,其他的透光性率申请这类卡种线性提额美的释放边沿都会产生了蓝移,逐渐在紫外光光光区的高透光性率区甚微扩充,且其扩充层度逐渐去应力渗碳溫度因素的扩大先减少后调小到;在水汽中去应力渗碳后,其他的透光性率申请这类卡种线性提额美的释放边沿都会产生了红移,逐渐在紫外光光光区的高透光性率区甚微调小,且其调小层度逐渐去应力渗碳溫度因素的扩大而扩大。会产生蓝移的其最主要现象是由此可见的Burstein-Moss (BM)滞后效应[8];会产生红移的其最主要现象是禁服务器带宽度缩窄[9]。

图1.2 GZO半透明导电胶片在的空气气学习气氛热处理回火后的透射率   由图1.1和1.2等值线美所知在400~450nm区间内,GZOpe膜有 一款最好利用率。跟随渗碳工艺工作温度的身高,最好点均向光谱更长的中心点漂移。鉴于LED集成块的蓝只是438nm的,因而所需在438nm光谱 有最好值。一切惰性气体渗碳工艺的利用率等值线美中400℃惰性气体渗碳工艺的GZOpe膜在438nm有最好的利用率,为90.165%;一切室内气体渗碳工艺的利用率等值线美中500℃室内气体渗碳工艺的GZOpe膜在438nm有最好的利用率,为91.862%。从两图的对比分析中所知,室内气体渗碳工艺后的利用率比惰性气体渗碳工艺后的略高。. 3.2、有所不同淬火经济条件对手块功率电阻的应响   图2是不是同的固溶处理风气下GZO胶片在不一样体温固溶处理后的方块阻值值曲线方程。从该图需要显著分辨出:发生变化体温的曾加,空气质量中固溶处理后的GZO胶片的方块阻值值大幅度增多,特别是400℃后后;而在离氮气风气中,GZO胶片的方块阻值值发生变化体温的曾加,先降低后曾加,在400℃固溶处理后可要世界上最大方块阻值值11.031Ω/。关于GZO金属电极,考虑到每个膜厚均为180nm,全部方块阻值值越小,阻值值率就越低,膜的电学性能指标越长。

图2 不一样去应力退火要求与方块电阻值变迁相关 3.3 各种热处理能力下对胶片尖晶石框架的不良影响

  图3.1和图3.2分别是氮气气氛和空气气氛p-GaN上GZO薄膜退火后的衍射图。从图中看出在氮气氛围退火GZO薄膜的衍射峰比没有退火的衍射峰值强度小,而在空气中退火的GZO薄膜的衍射峰比没有退火的衍射峰强度大。而且在氮气退火后的GaN峰和ZnO峰完全重合,而在空气退火中的GaN峰和ZnO峰不完全重合。没有退火时,GZO薄膜的衍射峰的2角为34.72°,而ZnO薄膜的本征衍射角为34.379˚。由于GZO薄膜是掺在了Ga元素的
 

  ZnO,且是磁控溅射法治备的,那么已拥有好几回定的内部管理内刚度。在气氛热处理后,其2角差别弄成了34.64°、34.76°、34.66°在200℃、400℃和600℃热处理后。在氦气热处理后,其2角差别弄成了34.76°、34.62°、34.64°在200℃、400℃和500℃热处理后。由工式斯托克2dsinθ=nλ那么就能够分辨出在氦气400℃热处理后,其内刚度最少。 3.4、固溶处理对GZO电极材料LED元器件封装功效后果

图4.1 不同的固溶处理的GZO金属电极的LED的I-V拟合曲线    图4.1是LED集成ic在400℃氦气良好环境热处理15 mins后与没热处理的交流电交流电阻斜率美。从斜率美上能够看到,在差不多交流电为20mA时,其驱使交流电阻都3.8V和3.7V,热处理过的驱使交流电阻比不热处理的驱使交流电阻小0.1V。在差不多的驱使交流电为10V时,其交流电都为71.8mA和132mA,热处理过的交流电比不热处理的交流电超出近1倍。产生可以知道,能够 氦气良好环境400℃1五20分钟热处理,集成ic的交流电阻交流电斜率美的大程度的调理.

图4.2 各种不同退火处理的GZO参比电极的LED的B-I的曲线   图4.2 是LED集成电路存储芯片在400℃惰性气体良好环境热处理工艺15 mins后与没热处理工艺的色彩饱和度瞬时直流电拟合曲线。从图上得知,途经热处理工艺,LED集成电路存储芯片的推动瞬时直流电增高了,由本来的10mA已带光换成了20mA才就开始带光。且在推动瞬时直流电为100mA时,其热处理工艺的色彩饱和度与不热处理工艺的各是为16600cd/m2和23400cd/m2。其色彩饱和度值在一致的推动瞬时直流电下都削减了约6000cd/m2,对此应得出,400℃惰性气体热处理工艺现在可能缓和LED的相电压瞬时直流电性能特点,却削减了LED的带光色彩饱和度。

图4.3不同的固溶处理的GZO探针的LED在100mA电压下的I-W曲线方程   图4.3给予了在驱动器功率为100mA时,光的在不同的股票波段的抗弯硬度身材曲线。从图上所知,热处理前后轮其带光吸光度没了严重变幻,近乎都为438nm。在吸光度为438nm,热处理后的LED其光的效果抗弯硬度减小为原本的的70%。在此所知:惰性气体良好环境400℃热处理1五小时后,GZO透明的金属电极的LED心片光的效果抗弯硬度减小,光效减小,的性能受损。 4、预期结果   结合上述内容导致,可能能够得到如表报告的格式:   1. 固溶处理都可以增强GZO透明膜的经过率,增多经过率,冷的空气固溶处理后的经过率比惰性气体固溶处理后的均高部分;惰性气体固溶处理中400℃固溶处理的GZO透明膜在438nm有更高的经过率,为90.165%;冷的空气固溶处理中500℃固溶处理的GZO透明膜在438nm有高的经过率,为91.862%;   2. 氦气学习氛围中,GZO聚酯聚酰亚胺膜的方块功率阻值随溫度表的提升,先变小后提升,在400℃去热应力热处理后而犯最长方块功率阻值11.031Ω/;随溫度表的提升,气氛中去热应力热处理后的GZO聚酯聚酰亚胺膜的方块功率阻值激增减少;400℃氦气去热应力热处理后的GZO聚酯聚酰亚胺膜有最长热应力;   3. 在400℃氢气气息热处理回火15mins后,LED集成ic的线额定电压直流电大小直线取得了非常大的地有效提升,是一样的的驱程线额定电压下可取得更好的直流电大小;但其曝光度调节直线和光的输送承载力直线均削减:曝光度调节值在是一样的的驱程直流电大小下都削减了约6000cd/m2; 在驱程直流电大小为100mA时,热处理回火后的LED其光的输送承载力削减为之前的70%,故磁控溅射法治建设备的GZO电级LED集成ic耐腐蚀性在400℃氢气气息热处理回火15mins没办法取得有效提升。

  [1] 袁广才,徐征,张福俊等.在不同衬底上制备的ZnO薄膜透射率的研究[J].光谱学与光谱分析,2007,27(7):1263-1266.
  [2]  Holmes J D, Johnston K P, Doty R C, et al. Control of Thickness and Orientation of Solution-grown Silicon Nanowires [J].Science,2000,287:1471-1473.
  [3]  Stone N J, Ahmed H. Silicon Single Electron Memory Cell[J]. Appl phys let,1998,73(15):2134-2136
  [4]  Yamazoe N, Nno Y. Zinc-oxide-based Semiconductor Sensors for Detecting Acetone and Capronaldehyde in Vapour of Consomme Soup[J]. Sensor Actuators,1995,B24-25:623-627. 
  [5]  李珍,陈文,李飞等.退火温度对ZnO 薄膜结构及光学性能影响[J].武汉理工大学学报,2007,29Ⅰ:110-113.
  [6]  Shu-Yi Liu, Tao Chen, Yu-Long Jiang, et al. Improvement of the crystallinity and optical properties of sol-gel ZnO thin film by a PVD ZnO buffer layer.IEEE.2008.978-1-4244-2186-2/08/
  [7]  代红丽.溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的工艺优化及其发光性能研究[D].西安:西北大学,2006:8
  [8]  Minami T, Nanto H, Takata.Jpn  J Appl Phys 1984; 23:280
  [9]  Xuhu Yu, Jin Ma, Feng Ji, Yuheng Wang, Xijian Zhang and Honglei Ma, Influence of annealing on the properties of ZnO:Ga films prepared by radio frequency magnetron sputtering