Способ изготовления высокоэффективных и стабильных в электрическом отношении полупроводниковых слоев оксидов металлов, слои, изготовленные по этому способу, и их применение

Способ изготовления высокоэффективных и стабильных в электрическом отношении полупроводниковых слоев оксидов металлов, слои, изготовленные по этому способу, и их применение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Настоящее изобретение касается способа изготовления полупроводникового ламината, включающего в себя первый и второй слои оксида металла и слой диэлектрика, причем первый слой оксида металла располагается между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика. Первый и второй слои оксида металла, соответственно, формируют из первой и из второй жидкой фазы. Также настоящее изобретение касается полупроводникового материала, который получают по такому способу, а также электронных деталей, которые включают в себя такой полупроводниковый материал.

Уровень техники

Полупроводниковые оксиды металлов, как, например, ZnO, In₂O₃ и SnO₂, хорошо известны из литературы. Они характеризуются высокой подвижностью носителей зарядов и, в то же время, оптической прозрачностью. В коммерческом применении полупроводниковые оксиды металлов в настоящее время наносят либо путем распыления расплавов, либо же посредством других методов осаждения из газовой фазы.

В японском патенте JP 2007-073704 описана конструкция оксидных полупроводниковых деталей, в которой различные слои оксидов наносят друг за другом посредством распыления расплавов.

Hong et al. (Thin Solid Films (2006) 515: 2717-2721) описывают многократное и следующее друг за другом нанесение отдельных тонких слоев оксида в каждом случае с одним типом атомов металла посредством распыления расплавов.

Song et al. (Solid State Communications (2010) 150: 1991-1994) описывают нанесение слоя оксида цинка на слой оксида индия с помощью способа металлорганического химического осаждения из газовой фазы (англ.: metal organic chemical vapor deposition, MOCVD).

Kumomi et al. (Journal of Display Technology (2009) 5 (12): 531-540) обсуждают систему In-X-O с различными элементами X. Слой In-X-O наносят посредством совместного распыления расплава.

Эти методы обладают недостатками, поскольку они сложны в техническом отношении и связаны с высокими затратами на приобретение необходимого для них оборудования.

По этой причине в литературе активно обсуждают методы нанесения покрытия из жидкой фазы. В этих методах в качестве жидких фаз применяют, например, наночастицы оксидов в дисперсии или молекулы-предшественники в растворителе. Слои, которые изготавливают из жидкой фазы, по многим показателям, однако, отличаются от тех, которые изготавливают из газовой фазы, поскольку ввиду применения растворителей в слой часто оказываются встроены остатки молекул этих растворителей. Кроме того, например, в случаях растворов предшественников, химическое преобразование в оксид не всегда носит единообразный характер.

В случае полупроводниковых оксидов металлов только с .одним типом атомов металла (независимо от того, каким способом они изготовлены) имеется известная проблема, состоящая в недостаточной стабильности как в противостоянии атмосферным воздействиям, так и стабильности (особо важной в коммерческом отношении) в отношении электрического стресса.

Решение этой проблемы - использование более сложных оксидов металлов, с двумя или более различными типами атомов металлов. Поэтому в технологии распыления из расплава или испарения предпочтительно применяются такие системы как, например, оксид индия-галлия-цинка, поскольку они особо устойчивы. К этому подходу, однако, обращались также и в системах с жидкими фазами.

В международной публикации WO 2010/122274 A1 изложена конструкция особо стабильных деталей из раствора путем введения в слой атомов щелочных или щелочноземельных металлов.

Kim et al. (APPLIED PHYSICS LETTERS (2010) 96: 163506), описывают изготовление стабильных деталей на основе жидкой фазы посредством введения в полупроводниковый слой атомов металла магния с перемешиванием.

В заявке США US 2006-0088962 A1 описано нанесение оксидных диэлектриков из раствора на полупроводниковый конструктивный элемент для улучшения свойств полупроводника.

Тем не менее, в известных способах, особенно в случае растворов или дисперсий, оптимизированных для наилучшего формирования оксидного слоя при сравнительно низких температурах, нельзя без дополнительных действий добавлять другие атомы металла без возникновения недостатков. Недостатки - это, например, химическая реакция с исходным раствором, помехи формированию слоя или неравномерность стехиометрического соотношения атомов металла на поверхности. В этих случаях с желательными преимуществами с точки зрения электрической стабильности одновременно связаны недостатки, например, уменьшение подвижности носителей зарядов в полупроводниковом слое. Настоящее изобретение преодолевает известные недостатки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение касается способа изготовления полупроводниковго ламината, включающего в себя первый слой оксида металла, второй слой оксида металла и слой диэлектрика, причем первый слой оксида металла расположен между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика, причем способ включает в себя (i) формирование первого соля оксида металла, содержащего по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, которую образуют оксид индия, оксид галлия, оксид цинка, оксид олова или их смеси, из первой жидкой фазы, причем первый слой оксида металла имеет толщину менее 20 нм, и первая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, причем оксид металла выбирают из группы, которую образуют оксид индиа, оксид галлия, оксид цинка, оксид олова или их смеси, и (ii) формирование второго слоя оксида металла, содержащего по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, которую образуют оксид галлия, оксид цинка, оксид олова, оксид гафния, оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов или их смеси, из второй жидкой фазы, причем вторая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, причем оксид металла выбран из группы, которую образуют оксид галлия, оксид цинка, оксид олова, оксид гафния, оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов или их смеси, и причем по меньшей мере один оксид металла первого слоя и по меньшей мере один оксид металла второго слоя различны.

В некоторых формах исполнения способа толщина первого слоя оксида металла составляет 0,5-20 нм.

В других формах исполнения способа толщина второго слоя оксида металла по меньшей мере равна толщине первого слоя оксида металла.

В других формах исполнения способа второй слой оксида металла включает в себя по меньшей мере один оксид металла, который не содержится в первом слое оксида металла.

В других формах исполнения способа второй слой оксида металла включает в себя по меньшей мере два оксида металлов.

В других формах исполнения способа первый слой оксида металла включает в себя по меньшей мере два оксида металлов.

В других формах исполнения способа второй слой оксида металла включает в себя оксид кремния.

В других формах исполнения способа первый слой оксида металла по существу состоит из оксида индия (In₂O₃) или оксида индия-галлия, то есть первый слой оксида металла содержит в случае оксида индия по меньшей мере на 51 мас.% из индия, а в случае оксида индия-галлия по меньшей мере на 51 мас.% суммарно металлы индий и галлий, в каждом случае относительно массовой доли присутствующих металлов в слое.

В определенных формах исполнения способа второй слой оксида металла по существу, то есть по меньшей мере на 51 мас.% относительно массовых долей всех присутствующих в слое металлов, состоит из ZnO, Ga₂O₃, HfO₂, SiO₂, оксида кремния-галлия или оксида кремния-гафния.

В различных формах исполнения способа формирование первого слоя оксида металла включает в себя нанесение первой жидкой фазы на слой диэлектрика и осаждение по меньшей мере одного оксида металла или по меньшей мере одного предшественника оксида металла первой жидкой фазы на слой диэлектрика, чтобы сформировать первый слой оксида металла на слое диэлектрика. В этих формах исполнения способа формирование второго слоя оксида металла включает в себя нанесение второй жидкой фазы на первый слой оксида металла и осаждение по меньшей мере одного оксида металла или по меньшей мере одного предшественника оксида металла второй жидкой фазы на первый слой оксида металла, чтобы сформировать первый слой оксида металла на первом слое оксида металла.

В других формах исполнения способа формирование второго слоя оксида металла включает в себя нанесение первой жидкой фазы на субстрате осаждение по меньшей мере одного оксида металла или по меньшей мере одного предшественника оксида металла второй жидкой фазы на субстрат, чтобы сформировать второй слой оксида металла на субстрате. В этих формах исполнения способа формирование первого слоя оксида металла включает в себя нанесение первой жидкой фазы на второй слой оксида металла и осаждение по меньшей мере одного оксида металла или по меньшей мере одного предшественника оксида металла первой жидкой фазы на второй слой оксида металла, чтобы сформировать первый слой оксида металла на втором слое оксида металла, и нанесение слоя диэлектрика на первый слой оксида металла.

В различных формах исполнения способа первую и/или вторую жидкую фазы наносят способами, выбранными из группы, которую образуют процессы печати, процессы распыления, способы нанесения покрытия с использованием вращения (ротационные), погружные процессы и покрытие с помощью щелевых головок (Slot-Die Coating).

В других формах исполнения способа по меньшей мере один предшественник оксида металла первой и/или второй жидкой фазы происходит из класса алкоксидов металлов и/или оксоалкоксидов металлов.

В разных формах исполнения способа первая и/или вторая жидкая фаза включают в себя по меньшей мере один органический растворитель.

В других формах исполнения способа первая и/или вторая жидкая фаза включают в себя по меньшей мере один органический растворитель, причем органический растворитель по существу безводный. Под «по существу безводным» растворителем, при этом, подразумевают растворитель, который содержит самое большее 500 ppm воды.

В некоторых формах исполнения способа первая и/или вторая жидкая фаза включают в себя по меньшей мере один оксид металла в форме частиц оксида металла.

В различных формах исполнения способа первая и/или вторая жидкая фаза включают в себя водную фазу.

В других формах исполнения способа формирование первого и/или второго слоя оксида металла также включает в себя тепловую обработку первой и/или второй жидкой фазы.

В ряде форм исполнения способа формирование первого и/или второго слоя оксида металла включает в себя облучение первой и/или второй жидкой фазы электромагнитным излучением, в частности УФ, ИК и/или видимым излучением. В одной определенной форме исполнения, например, перед, во время или после тепловой обработки первой и/или второй жидкой фазы первую и/или вторую жидкую фазу облучают УФ-излучением.

В других формах исполнения способа первый и/или второй слой оксида металла формируют в содержащей кислород атмосфере, в частности, на воздухе.

В различных формах исполнения способа первый и/или второй слой оксида металла подвергают тепловой обработке при температуре в 100-450°С, предпочтительно при 150-350°С.

В некоторых формах исполнения способа толщина первого слоя оксида металла составляет 0,5-10 нм, предпочтительно 2-5 нм.

Еще в одном аспекте настоящее изобретение касается полупроводникового ламината, который изготавливают по способу настоящего изобретения.

Кроме того, настоящее изобретение включает в себя электронную деталь, которая включает в себя полупроводниковый ламинат настоящего изобретения.

Равным же образом частью настоящего изобретения является электронная деталь, которая включает в себя полупроводниковый ламинат настоящего изобретения, причем электронная деталь представляет собой транзистор, тонкослойный транзистор, RFID-метку или объединительную плату TFT для экранов.

Описание иллюстраций

На фигуре 1, в качестве примера, схематически показана конструкция полупроводниковых элементов (10), известных на нынешнем уровне техники. Эти элементы включают в себя субстрат (20), электрод затвора (30), слой диэлектрика (40), активный полупроводящий слой оксида металла (50) и точки контакта электродов (60). Конкретные конфигурации полупроводниковых конструктивных элементов (10) различаются расположением полупроводникового слоя (50) относительно слоя диэлектрика (40) и субстрата (20), а также положением точек контакта электродов (60). Конструктивные элементы в соответствии с их конфигурацией обозначают следующим образом: a) Bottom-Gate-Top-Contact (BGTC) - нижний затвор, верхний контакт, b) Bottom-Gate-Bottom-Contact (BGBC) - нижний затвор, нижний контакт, с) Top-Gate-Top-Contact (TGTC) - верхний затвор, верхний контакт и Top-Gate-Bottom-Contact (TGBC) - верхний затвор, нижний контакт.

На фигуре 2, в качестве примера, показаны конструкции полупроводниковых элементов (10), которые содержат полупроводниковые ламинаты в соответствии с настоящим изобретением. Четыре варианта a)-d), представленные в качестве примеров, включают в себя активный полупроводящий первый слой оксида металла (70), который расположен между вторым слоем оксида металла (40) и слоем диэлектрика (40), и различаются взаимным расположением первого слоя оксида металла (70) относительно электрода затвора (30) и субстрата (20), а также положением точек контакта электродов (60).

На фигуре 3 представлены результаты исследования полупроводникового слоя, который получили, после того как к жидкой фазе, содержащей индиевый предшественник, добавляли различные количества цинкового предшественника (ось X) и подвергали жидкую фазу тепловой обработке. Полученный полупроводниковый слой исследовали на предмет подвижности носителей заряда (ось Y-Achse).

Подробное описание изобретения

Как изложено в начале, способы изготовления полупроводников методом осаждения из газов трудоемки и дороги. Поэтому цель исследований в области полупроводников в настоящее время состоит в том, чтобы разработать жидкофазные процессы для изготовления подходящих полупроводников, поскольку такие процессы проще в техническом воплощении и дешевле. До настоящего времени применение таких процессов ограничивается тем, что этими способами можно изготовить только полупроводники с недостаточной электрической стабильностью.

На нынешнем уровне техники проблему неудовлетворительной электрической стабильности полупроводников, изготовленных способами с жидкой фазой, решают введением в полупроводниковый слой атомов посторонних металлов. Это, например, должно помешать улетучиванию кислорода из полупроводника.

Это решение обладает тем недостатком, что, как правило, отрицательно влияет на базовую производительность (эффективность) детали. В частности, введение посторонних атомов в слой полупроводника снижает подвижность носителей зарядов.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что особо тонкие слои оксидов металлов толщиной не более 20 нм, располагающиеся в полупроводниковом ламинате между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика, обладают особыми преимуществами с точки зрения эффективности.

Не заостряя внимание на какой-либо определенной теории, предполагается, что тонкий слой оксида металла легируется (дотируется) малыми количествами атомов металла из второго слоя оксида металла, благодаря чему при неизменной подвижности носителей зарядов стабильность оказывается существенно улучшена.

Соответственно, такой полупроводниковый ламинат обладает электрической стабильностью, сравнимой с полупроводниковыми слоями, изготовленными посредством введения чужеродных атомов в жидкую фазу. В отличие, однако, от известных способов, стабильность в настоящем способе повышается не за счет потери подвижности носителей зарядов, благодаря чему полупроводниковые ламинаты настоящего изобретения обладают улучшенной подвижностью носителей зарядов в сравнении с нынешним уровнем техники. Соответственно, посредством способа, для которого истребована защита, создают новые высокоэффективные полупроводниковые ламинаты.

Поэтому в первом аспекте настоящее изобретение касается способа изготовления полупроводникового ламината с жидкой фазой, причем полупроводниковый ламинат включает в себя первый слой оксида металла, второй слой оксида металла и слой диэлектрика, причем первый слой оксида металла располагается между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика, и причем способ включает в себя: (i) формирование первого соля оксида металла, содержащего по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, которую образуют оксид индия, оксид галлия, оксид цинка, оксид олова или их смеси, из первой жидкой фазы, причем первый слой оксида металла имеет толщину менее 20 нм, и первая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, причем оксид металла выбирают из группы, которую образуют оксид индия, оксид галлия, оксид цинка, оксид олова или их смеси; и

(ii) Формирование второго слоя оксида металла, содержащего по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, которую образуют оксид галлия, оксид цинка, оксид олова, оксид гафния, оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов или их смеси, из второй жидкой фазы, причем вторая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, причем оксид металла выбран из группы, которую образуют оксид галлия, оксид цинка, оксид олова, оксид гафния, оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов или их смеси;

причем по меньшей мере один оксид металла первого слоя и по меньшей мере один оксид металла второго слоя различны.

Это означает, что первый и второй слой оксида металла различаются по меньшей мере в одном оксиде металла. Другие оксиды металлов, которые могут содержать оба слоя, могут быть идентичны и/или различны.

При реализации способа согласно изобретению первый и второй слой оксида металла формируют друг за другом, причем конкретная последовательность зависит от желательной конфигурации полупроводникового элемента.

В различных формах исполнения оксиды щелочных металлов выбирают из группы, которую образуют оксид лития, оксид натрия, оксид калия, оксид рубидия и оксид цезия. Оксиды щелочноземельных металлов выбирают, например, из группы, которую образуют оксид бериллия, оксид магния, оксид кальция, оксид стронция и оксид бария.

В полупроводниковом ламинате, изготавливаемом согласно изобретению, первый полупроводниковый слой оксида металла обладает подвижностью носителей зарядов от 1 до 100 см²/В с (измеренной при напряжении затвор-исток 50 В, напряжении сток-исток 50 В, ширине канала 1 см и длине канала 20 мкм), причем ее можно определить по модели „Gradual Channel Approximation" (постепенной аппроксимации канала). Для этого применяли формулы, известные по классическим МОП-транзисторам (MOSFET). На линейном участке справедливо:

I D = W L C i μ ( U G S − U T − U D S 2 ) U D S   ( 1 )

причем ID - это ток стока, UDs - напряжение сток-исток, UGs - напряжение затвор-исток, С/ - нормированная на площадь емкость изолятора, W - ширина канала транзистора, L - длина канала транзистора, µ - подвижность носителей заряда, a UT - пороговое (максимально допустимое) напряжение.

На участке насыщения ток стока и напряжение затвора связаны квадратичной зависимостью, которую в настоящем случае применяют для определения подвижности носителей зарядов:

I D = W 2 L C i μ ( U G S − U T ) 2   ( 2 )

Под понятием «предшественник оксида металла», в контексте настоящего изобретения, подразумевают вещество или соединение, которое под термическим воздействием или воздействием электромагнитного излучения, в присутствии или в отсутствие кислорода или других окислителей, можно преобразовать в оксид металла. Примеры предшественников оксидов металлов - это элементарный металл, соли металлов, металлорганические соединения, как, например, алкоксиды или оксоалкоксиды металлов, которые специалист может перевести в соответствующий оксид металла.

Термин «полупроводниковый ламинат» в смысле настоящего изобретения касается ламината, который состоит по меньшей мере из трех слоев: первого и второго слоя оксида металла, а также слоя диэлектрика.

Термин «слой диэлектрика» означает слой, который состоит из диэлектрического материала. При рабочей температуре полупроводникового ламината такой слой действует как изолятор. Диэлектрический материал, который при реализации способа согласно изобретению используют для формирования слоя диэлектрика, представляет собой предпочтительно материал, который содержит оксид или нитрид металла или переходного металла, в частности, оксид или нитрид кремния, оксид алюминия, оксид гафния, оксид титана, органический или неорганический полимер или состоит из него. Размещение первого и второго слоя оксида металла относительно слоя диэлектрика придает полупроводниковому ламинату согласно изобретению ориентацию.

В определенных формах исполнения слой диэлектрика следует за электродом затвора, который, таким образом, располагается на стороне, противоположной первому слою оксида металла. В других формах исполнения за электродом затвора следует субстрат. В некоторых формах исполнения за вторым слоем оксида металла следует субстрат. Равным же образом полупроводниковый ламинат может включать в себя контакты для электродов, которые лежат на первом и/или втором слое оксида металла. К контактам для электродов могут присоединяться электроды истока и стока (Source и Drain). На фигуре 2 проиллюстрированы различные не налагающие ограничений формы исполнения полупроводникового ламината, для которого испрашивается защита, в полупроводниковом элементе.

Под понятием «металла» в настоящем тексте подразумевают как металлы, так и полуметаллы и переходные металлы. Соответственно, термин «оксид металла» означает оксиды металлов, полуметаллов и переходных металлов.

Термины «щелочной металл» и/или «щелочноземельный металл», как их применяют в настоящем тексте, соответственно, охватывают и раскрывают все металлы, которые попадают в эту группу. Это означает, что если какая-то определенная форма исполнения включает в себя щелочной металл и/или щелочноземельный металл, то раскрыты литий, натрий, калий, рубидий и/или цезий в качестве щелочного металла и бериллий, магний, кальций, стронций и/или барий в качестве щелочноземельного металла.

Под термином «слой оксида металла» подразумевают слой, содержащий оксид металла, оксид полуметалла и/или оксид переходного металла. Соответственно, первый слой оксида металла может, например, содержать атомы либо же, соответственно, ионы индия, галлия, олова и/или цинка, которые представлены в виде оксидов или в основном в виде оксидов. При необходимости слой оксида металла может также содержать некоторые количества побочных продуктов, образующихся в результате неполного преобразования или неполного удаления. Так, слой оксида металла может включать еще, например, и карбеновые, галогеновые, алкоксидные и/или оксоалкоксидные соединения. Точно так же первый и/или второй слой оксида металла могут содержать и другие металлы, которые могут присутствовать в элементарной форме или в виде оксидов.

Термин «по существу из» в контексте настоящего изобретения означает, что обозначенный таким образом продукт или материал состоит из названного вещества или из названного соединения на 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5% или 99,9%. Если речь идет о слое оксида металла, который описывают более подробно, то данные о процентах следует понимать как мас.%. Если более подробно описывают жидкую фазу или атмосферу, то данные о процентах следует понимать как об.%.

Термин «субстрат» касается слоя, служащего носителем для полупроводникового ламината. Субстрат предпочтительно включает в себя материал, выбранный из следующих: стекло, кремний, диоксид кремния, оксид металла или переходного металла, металл, полимерный материал, в особенности полиимид (ПИ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат и гибридный субстрат из неорганических и органических компонентов, в особенности оксида кремния и полиимида.

Под понятием «жидкая фаза» в смысле настоящего изобретения подразумевают такие фазы, которые в условиях SATP („Standard Ambient Temperature and Pressure" - «стандартные температура и давление окружения»; Т=25°С и р=1013 гПа) находятся в жидком состоянии.

«Безводные» составы в смысле настоящего изобретения - это те, которые содержат менее 500 ppm H₂O. Соответствующие этапы сушки, которые приводят к установлению соответственно низких значений содержания воды в растворителе, известны специалисту.

Понятие «формирование слоя оксида металла из первой и/или второй жидкой фазы» можно подразделить на разные стадии. На первой стадии из первой и/или второй жидкой фазы можно сформировать первую и/или вторую твердую фазу. На последующей стадии формируют первый и/или второй слой оксида металла согласно настоящему изобретению. В определенных формах исполнения обе стадии осуществляют одновременно. Если, например, первая и/или вторая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла, то при формировании твердой фазы образуется слой оксида металла.

Формирование первого и/или второго слоя оксида металла из первой и/или второй жидкой фазы в некоторых формах исполнения может включать в себя стадию тепловой обработки.

Тепловая обработка первой и/или второй жидкой фазы может служить для того, чтобы высушить первую и/или вторую жидкую фазу. Такая тепловая обработка может проходить при 50-450°С и предназначаться для того, чтобы сформировать из первой и/или второй жидкой фазы первую и/или вторую твердую фазу.

В зависимости от того, содержат ли первая и/или вторая жидкая фаза по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, посредством этого можно образовать из предшественника оксида металла непосредственно слой оксида металла или сначала твердую фазу. В зависимости от выбранных условий, в особенности атмосферы, температуры и продолжительности тепловой обработки, жидкую фазу, которая содержит по меньшей мере один предшественник оксида металла, можно также непосредственно преобразовать в слой оксида металла.

В некоторых формах исполнения тепловая обработка включает в себя сначала обработку при 50-350°С, за чем следует тепловая обработка при 100-450°С.

В общем случае формирование первого и/или второго слоя оксида металла может проходить на протяжении интервала от секунд до часов. Поэтому тепловая обработка для формирования первого и/или второго слоя оксида металла может проходить на протяжении периода от секунд до часов. В некоторых формах исполнения тепловая обработка занимает один час.

В определенных формах исполнения осуществляют формирование первой и/или второй твердой фазы из первой и/или второй жидкой фазы, причем посредством тепловой обработки первой и/или второй твердой фазы из первой и/или второй твердой фазы образуется первый и/или второй слой оксида металла.

Не заостряя внимание на какой-либо определенной теории, предполагается, что тепловая обработка слоя оксида металла, при необходимости поддержанная электромагнитным излучением, вызывает реорганизацию атомов в слое оксида металла, так что слой обладает свойствами полупроводника либо же улучшенными полупроводниковыми качествами. Соответственно, в различных формах исполнения первую и/или вторую жидкую фазу подвергают тепловой обработке не только до формирования первой и/или второй твердой фазы, но и далее - вплоть до формирования желательных свойств полупроводника у первого и/или второго слоя оксида металла.

Формирование первого и/или второго слоя оксида металла можно осуществлять посредством тепловой обработки и/или с помощью электромагнитного излучения. В некоторых формах исполнения можно проводить тепловую обработку с температурным профилем (изменением температуры во времени), так что сперва начинают работу при низкой температуре, например, 50°С, а впоследствии повышают эту температуру до определенного значения, например, в пределах 150-450°С, и остаются на этом уровне на протяжении заданного временного промежутка. В некоторых формах исполнения температуру затем опять снижают до комнатной температуры. Охлаждение при этом можно проводить медленно или быстро. В некоторых формах исполнения способа формирование первого и/или второго слоя оксида металла из первой либо же, соответственно, второй жидкой фазы включает в себя тепловую обработку первой и/или второй жидкой фазы. Посредством этого первую и/или вторую жидкую фазу переводят в первую и/или вторую твердую фазу, так что в процессе дальнейшей тепловой обработки образуется первый и/или второй слой оксида металла.

Если первая и/или вторая жидкая фаза включают в себя предшественник оксида металла, то предшественники можно посредством тепловой обработки преобразовать в соответствующий оксид металла, так что образуется первый и/или второй слой оксида металла. В различных формах исполнения способа первый и/или второй слой оксида металла формируют посредством тепловой обработки при температуре в 100-450°С, предпочтительно при 150-360°С или 150-350°С.

Понятие «формирование слоя оксида металла» равным же образом охватывает формы исполнения, при которых первую и/или вторую жидкие фазы облучают электромагнитным излучением, чтобы сформировать первый и/или второй слой оксида металла. В различных формах исполнения первую и/или вторую жидкую фазы облучают УФ-, ИК- и/или видимым излучением, чтобы сформировать первый и/или второй слой оксида металла. В других формах исполнения первую и/или вторую жидкую фазы подвергают тепловой обработке, а перед ней, после нее или во время нее облучают электромагнитным излучением, в частности УФ-, ИК- и/или видимыми лучами, чтобы сформировать первый и/или второй слой оксида металла. Комбинация термической и электромагнитной обработки может улучшить формирование первого и/или второго слоя оксида металла. В определенных формах исполнения благодаря УФ-излучению происходит поперечная сшивка компонентов первой и/или второй жидкой фазы до или во время тепловой обработки.

Понятие «формирование первого и/или второго слоя оксида металла» также охватывает обработку первой и/или второй жидкой фазы определенными атмосферами. В некоторых случаях формирование первого и/или второго слоя оксида металла осуществляют в условиях содержащей кислород атмосферы, в частности, на воздухе. Для формирования первого и/или второго слоя оксида металла первую и/или вторую жидкую фазу можно подвергнуть тепловой обработке в содержащей кислород атмосфере, в частности, на воздухе. В других формах исполнения способа, из первой и/или второй жидкой фазы формируют в содержащей кислород атмосфере, в частности на воздухе, первую и/или вторую твердую фазу и формируют первый и/или второй слой оксида металла в содержащей кислород атмосфере, в частности на воздухе, на фоне тепловой обработки. В различных формах исполнения сначала создают вакуум, чтобы образовать из первой и/или второй жидкой фазы твердую фазу, а затем на воздухе, в частности, посредством тепловой обработки в содержащей кислород атмосфере, например, воздухе, изготавливают первый и/или второй слой оксида металла. Формирование может равным же образом включать в себя стадии способа, которые сначала проходят в отсутствие влажности воздуха и/или в атмосфере защитного газа, за которыми следуют стадии в содержащей кислород атмосфере, в частности на воздухе.

Понятие «содержащая кислород атмосфера» в смысле настоящего изобретения охватывает атмосферу земли, в частности на уровне моря («воздух»), а также искусственную атмосферу, содержащую по меньшей мере 10 об.% молекулярного кислорода. В различных формах исполнения искусственная атмосфера содержит по меньшей мере 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90 об.% молекулярного кислорода. В некоторых формах исполнения искусственная атмосфера - это атмосфера, которая в основном или на 100 об.% состоит из молекулярного кислорода. В некоторых формах исполнения искусственная атмосфера - это атмосфера, обогащенная водяным паром.

Качество первого и/или второго слоя оксида металла, созданного по способу согласно изобретению, можно дополнительно улучшить, когда формирование первого и/или второго слоя оксида металла включает в себя выполняемую предварительно, одновременно или впоследствии комбинированную температурную и газовую обработку (H₂O, Н₂ или О₂), плазменную обработку (Ar-, N₂, О₂ или Н₂-плазма), лазерную обработку (с длиной волны в УФ-, видимом или ИК-диапазоне) или обработку озоном.

Толщина первого слоя оксида металла составляет ≤20 нм, предпочтительно 0,5-20 нм, более предпочтительно 0,5-10 нм, еще более предпочтительно 2-5 нм. В различных формах исполнения первый слой оксида металла имеет толщину, которую можно выбрать из группы, которую образуют значения 0,5-5 нм, 1-5 нм, 2-6 нм, 2-4 нм, 0,5-4 нм, 1-4 нм, 0,5-3 нм, 1-3 нм, 0,5-6 нм и 1-6 нм. В некоторых формах исполнения первый слой оксида металла имеет в различных формах исполнения толщину от 1 до 20 нм, 1-15 нм, 1-10 нм, 1-9 нм, 1-8 нм, 1-7 нм, 3-6 нм, 3-5 нм, 2-4 нм, 2-3 нм или 1-2 нм.

На нынешнем уровне техники специалисту известны способы, с помощью которых из жидкой фазы, которая содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, можно сформировать слой оксида металла, имеющий желательную толщину. Для этого подходят, например, простые ряды разведения. Толщину полученных слоев можно определять, например, методами эллипсометрии (М. Schubert: Infrared Ellipsometry on semiconductor layer structures: Phonons, Plasmons, and Polaritons In: Springer Tracts in Modern Physics 209, Springer-Verlag, Berlin 2004) или сканирующей силовой микроскопии (атомной силовой микроскопии, англ. AFM; G. Binnig, С.F. Quate, С. Gerber: Atomic force microscope. Physical Review Letters. 56, 1986, S. 930-933). Основываясь на этом, специалист определяет параметры, как, например, объем, концентрацию оксида металла или предшественника оксида металла и при необходимости плотность частиц в жидкой фазе, которые позволяют ему добиться при реализации способа согласно изобретению желательной толщины слоя оксида металла.

В общем случае первый и второй слои оксида металла содержат по меньшей мере один оксид металла, причем по меньшей мере один оксид металла первого оксидного слоя отличен от по меньшей мере одного оксида металла второго оксидного слоя. В определенных формах исполнения первый и/или второй слой оксида металла в каждом случае состоят из одного оксида металла. В различных формах исполнения первый и/или второй слой оксида металла могут состоять в каждом случае из двух оксидов металлов. В прочих формах исполнения первый слой оксида металла состоит по существу из одного оксида металла, а второй слой оксида металла содержит два или более оксида металла. В различных формах исполнения первый слой оксида металла содержит два или более оксида металла, а второй слой оксида металла состоит из одного оксида.

В других формах исполнения способа второй слой оксида металла включает в себя по меньшей мере один оксид металла, который не содержится в первом слое оксида металла. Это означает, что если оба слоя оксида металла состоят в каждом случае только из одного оксида металла, то эти о