Введение к работе
- З -
Актуальность работы. В связи с быстрым прогрессом в оптоэлек-тронике и, в частпости, в области изготовления крупноформатных матричных жидкокристаллических (КК) и злектролюминесцентних (ЭЛ) экранов, возникла острая потребность в прозрачных проводягда слоях на основе In-Sn-0 (ITO) и электролюминесценции слоях ZnS: tin, отвечающих целому ряду специфических требований: однородность свойств на больших площадях, воспроизводимость химического состава. Наиболее полно обеспечивает выполнение указанных требований технология ионно-лучевого распыления (ИЛР), основанная на использовании пучков ионов для распыления мишени с целью переноса материала мишени на подложку, а также для ионной бомбардировки подложи с целью очистки или модификации свойств осаддаемых слоев. Данный метод не оказывает радиационного воздействия на растущую плёнку, а использование реактивных газов позволяет гибко управлять химическим составом получаемых слоев. Это особенно ваяю при формировании слоев ITO и ZnS, чьи свойства определяются степенью совершенства их кристаллической структуры и степенью стехпометричности их химического состава.
Однако, основной проблемой, стояшей на пути совершенствования существующих и разработки новых способов формирования методом ИЛР высококачественных ППП на основе In-Sn-О и электролвминесцентных слоев Zn3:№», является отсутствие полного и ясного понимания понимания физико-химических закономерностей процессов, протекающих при формировании указанных слоев данным методом, таї? как необходим учёт наличия в конденсируемом потоке высокоэнергетичной и заряженной компоненты, а также процессов химического взаимодействия.
Между тем, существует ряд методов физического и математического моделирования, позволяющих зффеїегивно устанавливать физико-химические закономерности формирования тонкоплёночных структур. Это - хорошо известный метод, именуемый в данной работе "макетным моделированием", который предполагает формирование тонкоплёночного образца в экспериментальной установі» с использованием макета технологического устройства и последующий перенос образца в аналитический прибор для исследования. Другой - метод in sltu-моделирова-ння - предполагает объединение вакуумных объёмов технологического и аналитического оборудования, что обеспечивает высокую достовер-нчсть тлучаемой икформоцни и эффективность метода.
Среди существующих методов in situ-анашіза кристаллической структуры тонких плёнок проовечивающая электронная микроскопия in situ является наиболее мощным инструментом. Однако, существующие системы in situ-моделирования ионно-лучевых процессов характеризуются низкими аналитическими возможностями и узким кругом моделируемых процессов.
Таким образом, на пути совершенствования иошго-лучевой технологии формирования многокомпонентных функциональных слоев, иополь-эуемых в оптоэлектроннкв, стоит ряд актуальных 8адач теоретического, методологического и практического характера, решение которых и легло в основу настоящей работы.
Целью диссертационной работы являлось установление закономерностей формирования методом ИЛР тонкоплёночных структур на основе In-Sn-О и ZnS: №1 и разработка новых способов формирования высококачественных прозрачных проводящих и электролюминесцентных слоев для КК- и ЭЛ-индикаторов и матричных экранов.
Дня достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать методику и аппаратуру для эффективного изучения процессов формирования методом ШІР тонкоплёночных структур;
исследовать кинетику начального роста тонких плёнок In-Sn-0 и ZnS: Мп;
- исследовать влияние различных технологических факторов на
свойства тонких плёнок In-Sn-О, осавдаемых на аморфные подложи
методом реактивного ИЛР;
разработать математическую модель, описывающую процесо формирования кристаллической структуры вакумных конденсатов ZnS: Мп, осаждаемых на аморфные подложки;
исследовать влияние различных технологических факторов на структурные свойства тонких пленок ZnS: Мп, осаждаемых на аморфные подложки;
изучить возможность использования ориентирующих подолоев для формирования крупнокристаллических пдЗнок ZnS:Mn.
Научная новизна
-
Впервые проведены исследования начальных стадий роота и установлены закономерности формирования кристаллической структуры вакуумных конденсатов In-Sn, In-Sn-0 и ZnS: Мп, осаждаемых мотодом ИЛР на аморфные подложки.
-
Исследованы злектрооптичесісие и структурные характеристики
- 5 -плёнок In-Sn-O, полученных методом реактивного ИЛР на аморфных подложках при различных температурах кристаллизации и различных добавках кислорода в рабочей смеси.
-
Проведены исследования рекристаллизационных изменений в процессе вакуумного отжига плёнок In-Sn-O, полученных методом реактивного ИЛР при различных температурах кристаллизации, добавках кислорода и различной длительности выдержки плёнок на атмосфере.
-
Предложена математическая модель столбчатого роста вакуумных конденсатов на аморфных подложках, позволяющая описать процесс формообразования столбчатых зёрен и объясняющая образование зоны начального разупорядоченного роста.
5. Исследовано ориентирующее влияние подслоев Si02, Si3N,i,
А1203, Hf02, ІТО, Cu/ITO, ZnS на процесе последующего роста плёнок
ZnS: Мп и показана возможность гетероэпитаксиаяьного наращивания
ZnS: № на рекристаллизованном 1ТО-подслое.
Практическая ценность работы.
-
Разработана система статического in situ-моделирования иошга-лучевых технологических процессов формирования тонкоплёночных структур, реализованная на базе просвечивающего электронного микроскопа ЭМ-125 и позволяющая моделировать процессы осаждения методом ИЛР, ионного травления, осаждения в условиях ионного облучения, вакуумного отжига, обеспечивая при этом возможность исследования образца с разрешением по точкам не хуже 3 А.
-
Предложен способ формирования высококачественных прозрачных проводящих покрытий на основе In-Sn-O методом реаістивного ИЛР на холодных подложках с последующим вакуумным отжигом.
-
Предложен способ формирования нерекристаллизующихся аморфных прозрачных проводящих покрытий на основе In-Sn-O методом реактивного ИЛР.
-
Предложен способ формирования крупнокристаллических электролюминесцентных слоев ZnS: Мп на аморфных подложках методом ИЛР с использованием ориентирующих подслоев.
-
Предложен способ формирования методом ИЛР гетероэпитакси-альных слоев ZnS: №i с высоким кристаллическим совершенством на монокристалле 1п203 и аморфных стеклянных подложках с использованием ре кристаллизованного In-Sn-О-подслоя.
Внедрение и использование результатов.
Разработанная система статического in situ-моделирования ион-но-лучевых технологических процессов формирования тонкоплёночных
структур используется в НИЛ кафедры ТРЭД Минского радиотехнического института при выполнении научно-исследовательских работ.
Разработанная технология формирования высококачественных прозрачных проводящих покрытий (ППЩ на основе In-Sn-О методом реактивного ИЛР внедрена в опытное производство на НПО "Шатан" (г. їрязино), где используется для изготовления электродов матричных ЖК-экранов.
Установленные закономерности формирования ITO-плёнок методом реактивного ИЛР и предложенные способы формирования высококачественных ППП заложены в основу линии непрерывного действия, изготавливаемой на Сморгонском заводе оптического станкостроения и предназначенной для производства активных матричных Щ-экранов.
На защиту, выносятся следующие основные результаты работы:
1. Система статического in situ-моделирования ионно-лучевых
технологических процессов формирования тонкоплёночных структур.
2. Закономерности начального роста тонких плёнок In-Sn, осаж
даемых методом ИЛР на аморфные подложки.
3. Закономерности формирования тонких плёнок In-Sn-О методом
реактивного ИЛР на аморфных подложках.
-
Заісономерности вакуумного отжига тонких плёнок In-Sn-O, полученных методом реактивного ИЛР.
-
Математическая модель столбчатого роста вакуумных конденсатов на аморфных подложках.
-
Закономерности формирования тонких плёнок ZnS: Мп методом ИЛР на аморфных подложках.
-
Экспериментальные результаты использования подслоев для формирования крупнокристаллических плёнок ZnS: Мп методом ИЛР на аморфных подложках.
-
Экспериментальные результаты гетероэпитаксиального .роста плёнок ZnS: Мп, осаждаемых методом ИЛР, на рекристаллизованном ГГО-подслое.
9. Способы получения высококачественных прозрачных проводящих
и электролюминесцентных слоев методом ИЛР.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Применение электронной микроскопии в науке и технике", Милок, 27-28 окт. ,1687"; научно-технической конференции "Новые материалы иинрозлектраникн", Одесса, ноябрь, 1988; 1-й Всесоюзной Июле-семинара "Разработка и внедрение в народное хоэяйство персональных ЭВМ", Минск, 1988";
- 7 -Третьей республиканской научно-технической конференции "Применение электронной микроскопии в науке и технике", Минск, 29-30 октября 1991 г. "; 13-й конференции Международного общества по гибридной микроэлектронике, Республика Польша, октябрь 9-12, 1989; 1-м международном научно-техническом семинаре "Прикладные вопросы ионной имплантации", Сморгонь, Республика Беларусь, 17-20 ноября 1992 г.
Работа выполнялась в рамках республиканских комплексных научно-технических программ 18.02р и 27. ОЗр, ряда хозяйственных и госбюджетных Ш1Р в период 1985Н993 Г. г..
Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 14 публикаций, в том числе 1 авторское свидетельство и 1 положительное решение на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа содержит 139 страниц машинописного текста, 57 рисунков, 16 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (211 наименований) и приложения.
