[發(fā)明專利]對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113913775A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃仕華;李林華;郝亞非
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: C23C14/56
• 分類號: C23C14/56;C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 杭州之江專利事務(wù)所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本發(fā)明公開了一種對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)，包括襯底和兩個對向靶，兩個對向靶對稱布置于襯底前方，并分別與襯底形成正、負(fù)25⁰~30⁰的夾角，在對向靶與襯底之間插入了一個網(wǎng)孔狀金屬板作為陽極，襯底兩側(cè)設(shè)置有磁場。本發(fā)明可以在室溫下采用磁控濺射方法在有機(jī)薄膜上進(jìn)行無損傷沉積TCO。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電氧化物薄膜領(lǐng)域，涉及一種對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在有機(jī)光電子器件中，如有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽能電池等，通常需要透明電極。很薄的金屬可以用作電極，電阻率很低，但存在光透過率低、金屬容易氧化、經(jīng)常銅線短路等問題。透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜具有光透過率高、導(dǎo)電性能優(yōu)良等特點(diǎn)，因此TCO是作為有機(jī)光電子器件中透明電極的最佳選擇。

采用溶液法工藝制備TCO普遍存在穩(wěn)定性低、電阻率高、重復(fù)性差等問題，產(chǎn)業(yè)化推廣的可能性很小。基于真空工藝制備的TCO薄膜，具有穩(wěn)定性高、電阻率低、重復(fù)性好等特點(diǎn)。直流磁控濺射沉積是目前制備TCO成熟度最高的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，然而在有機(jī)薄膜上沉積TCO，來自等離子體的加速高能荷電粒子（如二次電子和氧負(fù)離子等）直接對有機(jī)物襯底轟擊，容易導(dǎo)致底層有機(jī)-無機(jī)雜化層的嚴(yán)重?fù)p壞，同時也會引起襯底溫度升高，從而進(jìn)一步影響有機(jī)光電器件的性能與壽命。采用原子層沉積（ALD）技術(shù)預(yù)先在有機(jī)薄膜上沉積一層TCO，阻擋后續(xù)磁控濺射過程中等離子體對有機(jī)薄膜的損傷，然而由于ALD技術(shù)的局限性（耗時、高溫、有害氣體處理、高成本等），ALD生長的緩沖層并不適合商業(yè)化推廣。

目前也有一些方案來實(shí)現(xiàn)在有機(jī)襯底上采用磁控濺射進(jìn)行低損傷的TCO沉積，主要分別為兩類：通過降低濺射功率，減少等離子體中荷電粒子的能量，減少等離子體對襯底材料的轟擊；另一類是通過對磁控濺射系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，比如是對向靶磁控濺射技術(shù)，屏蔽掉部分荷電粒子。一般情況下，濺射功率低會導(dǎo)致濺射產(chǎn)額較低，從而降低了沉積速率，延長沉積時間。在對向靶磁控濺射系統(tǒng)中，由于磁場不能全部垂直于兩靶形成閉合磁場，磁場的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)受磁體的性質(zhì)和排列方式的限制，使襯底暴露在部分磁力線中，使得部分等離子體中的荷電粒子（如二次電子、氧負(fù)離子等）將沿著磁力線移動，從等離子體區(qū)逃逸，轟擊襯底，造成對有機(jī)薄膜的損傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)，從而可以在室溫下采用磁控濺射方法在有機(jī)薄膜上進(jìn)行無損傷沉積TCO。

為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)，包括襯底和兩個對向靶，其特征在于：兩個對向靶對稱布置于襯底前方，并分別與襯底形成正、負(fù)25⁰~30⁰的夾角，在對向靶與襯底之間插入了一個網(wǎng)孔狀金屬板作為陽極。

進(jìn)一步地，襯底兩側(cè)設(shè)置有磁場。

兩個對向靶之間還具有一實(shí)心金屬板作為陽極，與所述的網(wǎng)孔狀金屬板平行，設(shè)置在網(wǎng)孔狀金屬板相對于襯底的另一側(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：首先，采用對向靶磁控濺射技術(shù)，為了提高從靶材被濺射出來的中性原子抵達(dá)襯底表面的密度，兩個對向靶與襯底之間不是平行的，而是有一個夾角；其次，在對向靶與襯底之間插入了一個網(wǎng)孔狀金屬板，阻擋二次電子、氧負(fù)離子等高能粒子，避免對襯底材料的轟擊；第三，在襯底兩側(cè)增加磁場，使得沒有被金屬網(wǎng)孔阻擋的二次電子、氧負(fù)離子在新增磁場的洛侖磁力作用下做螺旋式的拉莫爾進(jìn)動，進(jìn)一步減少襯底的直接轟擊；第四，在對向靶之間設(shè)置了兩個陽極，增加了兩靶之間氣體的等離子化強(qiáng)度，使更多的已電離荷電粒子轟擊靶材，從而提高靶材的濺射產(chǎn)額。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計的對向靶磁控濺射無損傷薄膜沉積系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式