[发明专利]一种设置空心阴极等离子体的PLD系统及薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种设置空心阴极等离子体的PLD系统及薄膜的制备方法，该系统在现有的脉冲激光沉积系统(PLD)的真空腔体中设置等离子体放电系统，只需将现有的PLD系统中的气路不锈钢管中间部分更换为氧化铝绝缘陶瓷管，一端连接电源，另一端连接气路，即形成放电装置。该装置可以使氧等离子体负辉区重叠，电子与气体原子的碰撞次数增加，电离效果显著提高，有效提高脉冲激光沉积腔体中氧等离子体的浓度，降低ITO薄膜中氧空位的含量，改善非晶ITO薄膜晶体管阈值电压偏负的问题，一定程度上优化了器件的亚阈值摆幅和迁移率，有利于改善薄膜晶体管的性能。

技术领域

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉一种设置空心阴极等离子体的PLD系统及薄膜的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管是显示技术领域的核心器件之一，金属氧化物半导体材料在下一代薄膜晶体管应用领域具有极大的应用潜力。ITO是其代表之一。非晶ITO薄膜通常存在较多的氧缺陷而表现良好的导电性，但导电性好会使得非晶ITO薄膜作为薄膜晶体管中的沟道层导致器件开启电压低且开关比不佳。因此减少氧缺陷含量是改善非晶ITO薄膜晶体管性能的重要途径。在脉冲激光沉积过程中，向腔体通入氧气可一定程度上降低氧缺陷浓度，但随着氧分压的升高，薄膜质量会下降。在磁控溅射中将氧气与氩气混合通入腔体内，利用辉光放电形成的氧等离子体可以保证薄膜质量的同时减少氧缺陷。然而，PLD中少有装置辉光放电系统，仅通过氧气气压的大小来调节薄膜中的氧缺陷，所制备ITO薄膜晶体管性能调控有限。因此，如何将氧等离子体引入PLD系统制备性能优异的ITO薄膜晶体管是该技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种设置空心阴极等离子体的PLD系统及薄膜的制备方法。以解决现有的PLD制备出的ITO薄膜性能难以满足要求的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种设置空心阴极等离子体的PLD系统，包括PLD腔体(160)，所述PLD腔体(160)中设置有相对的靶材(120)和沉积衬底(110)；

所述靶材(120)和沉积衬底(110)的下方设置有氧化铝陶瓷绝缘管(140)，所述氧化铝陶瓷绝缘管(140)的一端连接有第一不锈钢管(130)，另一端连接有第二不锈钢管(150)；所述第一不锈钢管(130)连接有电源，第二不锈管(150)连接有气路，所述气路连接有氧气。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述电源为直流电离电源。

优选的，所述直流电离电源的电压范围为0-3kV，电流范围为0-200mA。

优选的，所述氧化铝陶瓷绝缘管(140)的长度为20cm，直径为2m。

一种基于上述述的设置空心阴极等离子体的PLD系统的薄膜沉积方法，包括以下步骤：

步骤1，安装沉积衬底(110)；

步骤2，开启脉冲激光，在沉积衬底(110)上制备非晶ITO薄膜，沉积过程中，第一不锈钢管(130)和电源连接作为阳极，第二不锈钢管(150)和氧气连接连通，第二不锈钢管(150)接地作为阴极；氧气依次通过第二不锈钢管(150)、氧化铝陶瓷绝缘管(140)和第一不锈钢管(130)进入PLD腔体(160)中，氧气在氧化铝陶瓷绝缘管(140)中被电离为氧等离子体。

优选的，步骤2中，沉积过程中，脉冲激光功率为400mJ，激光频率为1Hz。

优选的，步骤2中，所述ITO薄膜的生长速率为0.8-1nm/pulse。

优选的，步骤2中，通入的氧气气压为3.5-4Pa，背底气压小于5×10^-5Pa，