半導體器件、透明金屬網狀電極及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透明電極及其制作方法，在正裝LED結構中使用透明的金屬網狀電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的退火ITO透明電極層形成歐姆接觸。本發(fā)明使用自組裝方法鋪設周期性結構作為掩膜鋪設金屬電極，通過金屬網格的孔洞實現(xiàn)電極的透明功能。并能通過控制金屬薄膜孔洞面積占比來控制電極的光透過率。
【專利說明】半導體器件、透明金屬網狀電極及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子與半導體【技術領域】，涉及一種半導體器件、透明的金屬網狀電極及其制作方法。
【背景技術】
[0002]透明電極廣泛應用于顯示器，尤其觸控顯示，LED，太陽能電池等光電器件中。目前主流的透明電極技術是通過使用特殊的電極材料來實現(xiàn)的，應用最廣泛的是ITO透明電極，另有石墨烯透明電極和MatalMesh作為新的技術路線是當前的研究熱點。
[0003]目前ITO薄膜在透明電極應用中占有主流地位，廣泛應用于薄膜晶體管(TFT)、IXD顯示面板，太陽能電池，LED等光電器件中。對于ITO透明電極，是在基片上使用蒸發(fā)，濺射等多種方法鍍上一層氧化銦錫膜制成。對于ITO膜的透過率和阻值則由In2O3和SnO2的比例控制，膜層電阻率一般在5 X 1(Γ4Ω.cm左右,最好可達5Χ 1(Γ5 Ω.cm,已接近金屬的電阻率；其光透過率則可達90%以上，但同時也存在機械穩(wěn)定性差，銦資源日益稀少導致成本不斷升高等問題。
[0004]對于石墨烯透明電極，在研究中有兩種制備方法，一種是將石墨烯氧化物溶液旋涂在基底上，后在高溫下還原；另一種是用CVD方法在金屬鎳或銅表面催化生長石墨烯后轉移到其它基底上。目前已在研究中應用在LED、0LED、太陽能電池等器件。
[0005]對于MetalMesh技術，即使用極細的金屬線組織成網格狀做在觸控傳感器上取代ITO薄膜應用在觸控顯示上，其具備低阻抗優(yōu)勢，大約只有5-10 Ω ;成本也相對低廉，在大尺寸下成本優(yōu)勢更為顯著。為避免肉眼看到金屬線寬須做到10 μ m以下。其導電性能遠優(yōu)于ITO薄膜但同時納米金屬網柵線寬度仍在微米量級光學性能表現(xiàn)不甚理想。
【發(fā)明內容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種半導體器件、透明金屬網狀電極及其制作方法。根據本發(fā)明，在正裝LED結構中使用透明的金屬網狀電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的退火ITO透明電極層形成歐姆接觸。
[0007]根據本發(fā)明的一個方面，提出一種半導體器件，其包括襯底，金屬網狀電極，所述金屬網狀電極通過利用自組裝方法獲得的周期性圖形作為掩膜蒸鍍金屬層，然后除去掩膜獲得。
[0008]根據本發(fā)明的另一方面，還提出一種透明金屬網狀電極的制造方法，包括步驟:在襯底上鋪設單層掩膜球；刻蝕減小掩膜球半經；在襯底上形成薄金屬層；除去掩膜球。
[0009]本發(fā)明使用自組裝方法鋪設周期性結構作為掩膜鋪設金屬電極，通過金屬網格的孔洞實現(xiàn)電極的透明功能。并能通過控制金屬薄膜孔洞面積占比來控制電極的光透過率。具有潛在的光電器件，觸控器件的應用潛力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為在襯底上鋪設單層PS球的側示圖；
[0011]圖2為經過等離子體刻蝕縮球后的側示圖；
[0012]圖3為在鋪設金屬層后的側示圖；
[0013]圖4為清洗PS球后的側示圖；
[0014]圖5為清洗PS球后的俯視圖。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0016]本發(fā)明使用自組裝方法鋪設周期性結構作為掩膜鋪設金屬電極，通過金屬網格的孔洞實現(xiàn)電極的透明功能。并能通過控制金屬薄膜孔洞面積占比來控制電極的光透過率。具有潛在的光電器件，觸控器件的應用潛力。
[0017]本發(fā)明的方案與現(xiàn)有技術相比，具有對襯底，電極材料要求少，工藝程序簡單易行，成本低廉，網格線寬靈活可控等優(yōu)勢。潛在應用廣泛。如在LED結構中的p-GaN上鋪設透明金屬網狀電極取代傳統(tǒng)電極減少出射光損失，在顯示面板基板上鋪設代替ITO薄膜實現(xiàn)透明觸控電極的功能，鋪設在太陽能電池表面代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬電極減少電極光反射的損失坐寸ο
[0018]下面以鋪設聚苯乙烯微球(Polystyrene ball)即PS球形成周期性圖形為例,但不僅限于PS球。
[0019]本發(fā)明提出的新型的納米透明電極的制作方法包括如下步驟:
[0020]步驟I):在襯底上鋪設單層PS球；
[0021]如圖1所示，在襯底101上使用提拉法鋪設單層PS球102，其中襯底101可在保證與所使用金屬電極材料浸潤性的前提下選擇藍寶石，GaN,玻璃，硅片，陶瓷等材料。
[0022]步驟2):通過等離子體刻蝕進行縮球工藝；
[0023]如圖2所示，通過等離子體刻蝕方法處理鋪設了 PS球的襯底，獲得保持了鋪設時的密排結構但直徑縮小了的PS球102，其中PS球102半徑r縮減程度可通過控制等離子體刻蝕的工藝參數加以控制調節(jié)。
[0024]步驟3):在刻蝕后帶PS球的襯底上蒸鍍薄金屬層；
[0025]如圖3所示，以縮球后的PS球102作為掩膜，在襯底101上外延金屬薄膜103。其中金屬薄膜103可通過蒸發(fā)，濺射等鍍膜方法外延。由于電極透明是通過金屬網格的孔洞所實現(xiàn)，故而所采用電極材料無特殊要求，可采用Au，Ag，Ni, Ti等根據與襯底的浸潤性，電學性質，工藝條件，設備條件，造價等依據從實際需要出發(fā)進行選擇。
[0026]步驟4):機械清洗蒸鍍金屬后的襯底，除去PS球；
[0027]如圖4所示，由于PS球102與襯底101粘附力差，會被機械清洗連帶其上外延的金屬薄膜一起輕易清除掉，而金屬薄膜102保留下來，形成了如圖5中所示的金屬網格102。理想密排的情況下金屬網格中孔洞101所占總網格面積比例與縮球前后PS球半徑R，r相關，具體關系如公式:
[0028]K = — (-)2;
6 R
[0029]即通過控制PS球縮球工藝進而實現(xiàn)控制納米網格電極的光透過率K，可在約0-0.906間變動。
[0030]根據本發(fā)明的另一方面，提出了一種利用上述方法制造的透明金屬網狀電極，該金屬網狀電極通過利用自組裝方法獲得的周期性圖形作為掩膜蒸鍍金屬層，然后除去掩膜獲得。
[0031]根據本發(fā)明的再一方面，還提出了一種包含上述金屬網狀電極的半導體器件。
[0032]下面是本發(fā)明的具體應用示例
[0033]示例1，在正裝LED結構中使用透明的金屬網狀電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的退火ITO透明電極層形成歐姆接觸，具體包括步驟:
[0034]步驟1:清洗LED外延片；
[0035]步驟2:在LED外延片ρ-GaN結構上使用提拉法鋪設PS球；
[0036]步驟3:使用等離子體刻蝕方法進行縮球；
[0037]步驟4:蒸鍍1nm厚金屬Pt ；
[0038]步驟5:清洗去除PS球，獲得透明金屬Pt網狀電極與p-GaN形成歐姆接觸；
[0039]步驟6:進行光刻臺面，金屬網狀電極腐蝕，ICP臺面刻蝕等后續(xù)工藝。
[0040]示例2,參閱圖1至圖5,包括如下步驟:
[0041]步驟1:選擇一清洗過的藍寶石襯底，使用提拉法在表面鋪設一單層直徑900nm左右的PS球；
[0042]步驟2:使用等離子體刻蝕方法進行縮球，將PS球直徑縮減到870nm左右；
[0043]步驟3:使用真空蒸發(fā)法在縮球后的襯底上蒸鍍30nm厚的Ni金屬層；
[0044]步驟4:清洗蒸鍍金屬后的襯底，去除PS球與其上覆蓋的金屬薄膜，獲得一略帶金屬光澤的透明金屬Ni網狀薄膜電極層。
[0045]本發(fā)明不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的核心精神和范圍，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明揭露的技術范圍內可輕易想到的變換或替換頭應涵蓋在本發(fā)明的保函范圍之內。本發(fā)明的保護范圍應以權力要求書的保護范圍為準。
[0046]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種半導體器件，，包括襯底，金屬網狀電極，其特征在于: 所述金屬網狀電極通過利用自組裝方法獲得的周期性圖形作為掩膜蒸鍍金屬層，然后除去掩膜獲得。
2.根據權利要求1所述的半導體器件，其特征在于所述掩膜為直接鋪設在襯底上的密排聚苯乙烯微球(PS球)，其大小通過縮球工藝參數控制。
3.根據權利要求1所述的半導體器件，其特征在于，襯底可為藍寶石，GaN，硅片，玻璃，陶瓷。
4.根據權利要求1所述的半導體器件，其特征在于可以通過控制鋪設聚苯乙烯微球球的范圍實現(xiàn)控制電極圖形及線寬。
5.根據權利要求1所述的半導體器件，所使用電極材料為Au，Ag，Ni,Pt。
6.一種透明金屬網狀電極的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 在襯底上鋪設單層掩膜球； 刻蝕減小掩膜球半經； 在襯底上形成薄金屬層； 除去掩膜球。
7.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:所述掩膜球通過自組裝方法鋪設。
8.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:所述掩膜球為聚苯乙烯微球。
9.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:通過等離子刻蝕減小掩膜球半徑。
10.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:通過蒸鍍或濺射形成薄金屬層。
11.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:通過機械清洗除去掩膜球。
12.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:所使用襯底可為藍寶石，GaN，硅片，玻璃，陶瓷。
13.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于:所使用電極材料，為Au，Ag，Ni，Pt。
14.一種透明金屬網狀電極，其特征在于:所述金屬網狀電極通過利用自組裝方法獲得的周期性圖形作為掩膜蒸鍍金屬層，然后除去掩膜獲得。
【文檔編號】H01L33/00GK104134736SQ201410363985
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張碩, 段瑞飛, 何志, 魏同波, 張勇輝, 伊曉燕, 王軍喜, 李晉閩 申請人:中國科學院半導體研究所