[发明专利]无机电致发光显示器绝缘介质及其制造方法无效

专利信息
申请号: 200610029809.2 申请日: 2006-08-08
公开(公告)号: CN101123282A 公开(公告)日: 2008-02-13
发明(设计)人: 黄浩;肖田;林明通;徐毅 申请(专利权)人: 上海广电电子股份有限公司
主分类号: H01L33/00 分类号: H01L33/00;H01L27/15;H01L21/31;H01L21/316;C23C14/00;C23C14/30;C23C14/34
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 代理人: 吴宝根
地址: 200060*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 无机 电致发光 显示器 绝缘 介质 及其 制造 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于交流驱动的无机薄膜电致发光显示技术领域,特别是关于无机薄膜电致发光显示器所使用的介质的沉积方法及改进的工艺。

背景技术

电致发光是指在直流或交流电场作用下,依靠电流和电场的激发使某种固体材料发光的现象。无机薄膜电致发光显示器(TFEL)具有全固化、主动发光、视角宽(>160°)、响应速度快(μs数量级)、对比度大(100∶1)、分辨率高(1000lpi)、工作温度宽(-25-65℃)、抗震能力强、寿命长(>105h)等优点,是综合性能优越且有广泛应用前景的下一代平板显示技术之一。TFEL显示器的结构通常为MISIM(metal-insulator-semiconductor-insulator-metal)结构,如图1所示。其制作过程是:在耐高温(>600℃)的无碱玻璃上依次沉积下电极ITO、下绝缘层、发光层、上绝缘层、上电极Al。绝缘层是TFEL的核心元件之一,其作用是提供电子发射的界面,在发光层击穿时能独立承担外加电压,起到限制电流的作用,同时保护发光层免受潮气的侵蚀。绝缘层要求具有较大的品质因子(>3μC·cm-2)、较高的ε/d、表面平整、无针孔、自愈型击穿、与电极和发光层粘着性要好。器件特别是大面积器件的个别点击穿将导致显示器整行整列无法点亮。从世界范围上看,目前TFEL的产业化还只是囿于多色显示器的水平,主要技术障碍是全彩色显示的蓝光亮度未达到最低亮度要求(60Hz,13cd·m-2)、器件的可靠性问题和高压驱动引起的器件耐压与驱动电路问题。随着掺铕硫代铝酸钡蓝光薄膜的开发成功及其亮度、色纯性的不断改善,TFEL的蓝光问题有希望在不久的将来获得彻底解决,但是,TFEL器件的可靠性自1974年T.Inoguchi提出实用的Al/Y2O3/ZnS:Mn/Y2O3/ITO双绝缘层TFEL器件以来,一直困绕着无机EL的研发和生产人员。人们做了大量的工作试图改善绝缘层的性能,包括改进沉积方法、开发新型绝缘材料、优化绝缘层结构。TFEL显示器驱动电压的降低除了改进发光材料,另一个重要的努力方向是采用高性能的介质。在国内,由于ZnS:Mn TFEL器件的可靠性一直未能解决,几年前上马的位于广东江门的美资光阵公司(Lite Array Inc.)不得不在最近停产。在国外,特别是日本的Sharp公司和美国的Planar Systems公司,由于1977年原子层沉积(ALD)沉积工艺的发明和成功应用,1983年开始生产ZnS:Mn TFEL显示器。但是,Sharp最近退出了该领域的产业活动。TFEL绝缘层的沉积方法包括物理和化学方法。物理方法主要有射频磁控溅射、脉冲激光沉积、真空蒸发,化学方法主要有溶胶-凝胶、化学气相沉积、原子层沉积。新型绝缘材料的开发方面,早期的工作主要是Y2O3、Si3N4、SiON、Al2O3、Ta2O5、ZrO2和SiO2等,这一类是低、中介电常数(<30)、高击穿场强(>300MV·m-1)、自愈型击穿介质,最近几年主要开发PbTiO3、PbNbO6、SrTiO3、BaxSr1-xTiO3(BST)、Sr(Zr,Ti)O3、BaTiO3等钙钛矿型介质材料,这一类是高介电常数(>50)、低击穿场强(<250MV·m-1)、传播型击穿介质。实践证明,这两类介质都难于单独作为TFEL的介质使用。人们希望开发出同时具有上述两类介质优点的介质,即在提高介质的击穿场强的同时又能保持较高的介电常数,而复合绝缘层有可能满足该要求。已开发的复合绝缘层有Ta2O5/Si3N4、Ta2O5/SiO2、Ta2O5/Y2O3、Ta2O5/Al2O3、SiON/ATO、SrTiO3/Ta2O5、BaTiO3/Si3N4。此外,Sm2O3、BaTa2O6、PbNbO6、Ba(Zr,Ti)O3、TiO2、PrMnO3、MnTiO3、PbTiO3、PbTeO3、Nb2O5、HfO2、Bi2O3、La2O3、ThO2、SnO2、PbO、SrO、BaO、WO2等介质也获得研究。TFEL绝缘层的研究的一般结论为:从元素周期表上看,单层二元金属氧化物或氮化物都不能满足TFEL显示器对绝缘层性能的使用要求,三元或三元以上的金属氧化物或氮化物有可能取得一些进展。改进绝缘层的结构方面主要考虑上、下绝缘层的厚度比和界面匹配。利用不同沉积条件下薄膜的结晶状态的差异在获得较高的介电常数下同时提高介电击穿强度,在钙钛矿型铁电/介电薄膜已获得有意义的实验结果。TFEL绝缘层的典型厚度为0.3-0.5μm,而且上、下绝缘层多数采用对称形式,即材料相同且厚度相近。一般说来,不对称TFEL器件可以分为上、下绝缘层的材料不同或厚度差异较大两种形式。不对称结构在TDEL被广泛采用而且被公认是非常成功的,但是,不对称绝缘层的TFEL器件还存在许多问题:1)不对称TFEL是一种全新的器件结构,上、下介质材料的选择、厚度和沉积工艺的确定需要做大量的实验工作。2)主要用于维持极化的低电阻下介质层,如SrTiO3、BaTiO3、BST,与下电极ITO存在氧亲合反应,沉积条件控制不当,薄膜会因为应力、界面失配而卷起,造成器件在阈值电压以下就打火甚至烧毁。对于射频磁控溅射SrTiO3、BaTiO3、BST薄膜,已经发现高的基片温度(>550℃)、低的O2/Ar流量比(<10%)、薄的厚度(<200nm)有利于增加薄膜与底电极ITO的附着性。3)虽然在15年前有文献报导把射频磁控溅射的SrTiO3、BaTiO3作为TFEL的绝缘层,并优化了工艺参数,但是至今未在生产上获得应用。以往的工作表明,SrTiO3、BaTiO3、BST要单独作为TFEL显示器的介质使用,其击穿场强要在现有的水平(50MV/m)上提高5-10倍,只依靠优化工艺参数一般只有20%的提高。因此,需要尝试新的沉积方法,比如外延单晶的制备,但是目前大面积薄膜的制备无法实现且成本也不能接受。4)用于维持极化的下介质层采用高电阻材料,如Ta2O5,已被证实器件阈值电压高、亮度低。这是因为Ta2O5/ZnS界面态密度低。5)不对称TFEL显示器结构中高品质因子的上介质层是高可靠性器件制备的关键。SrTiO3、BaTiO3、BST等钙钛矿型铁电/介电薄膜需要高温沉积或后续退火以获得好的结晶性,对下介质层和发光层都有严重的破坏作用,另外其击穿形式一般是传播型的,因此,至少在目前难于获得实际应用。6)以前工作中应用比较多的介质有Y2O3、Si3N4、Al2O3、Ta2O5、SiON、SiO2,多数采用电子束蒸发法、溅射法或ALD法制备,但是,沉积工艺优化方面的报导罕见,而这些工作对提高TFEL器件的可靠性有一定的价值。7)已发表的工作中,Al2O3/TiO2复合薄膜采用溅射、CVD、sol-gel、ALD、ALE等方法制备,薄膜结构和沉积工艺的优化除了ALD法外其余都未优化。

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