阅读说明：本技术 薄膜结构 (Thin film structure ) 是由 谢文俊 林振吉 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种薄膜结构,其包括非晶硅薄膜以及多个纳米粒子。多个纳米粒子于非晶硅薄膜的表面上,且多个纳米粒子的材料包括光热效应材料,因此可以提升非晶硅薄膜于融化再结晶的过程中的大面积结晶均匀性。(The invention provides a film structure, which comprises an amorphous silicon film and a plurality of nano particles. The nano particles are arranged on the surface of the amorphous silicon film, and the material of the nano particles comprises a photo-thermal effect material, so that the large-area crystallization uniformity of the amorphous silicon film in the melting and recrystallization process can be improved.)

薄膜结构

技术领域

本发明涉及一种薄膜结构，尤其涉及一种包括纳米粒子的薄膜结构。

背景技术

在目前现有的工艺中，多晶硅(crystalline silicon,c-Si)薄膜的制备方式如低压化学气相沉积法(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积法(PECVD)、固相晶化法(SPC)、准分子激光晶化法(ELA)、快速热退火法(RTA)与金属横向诱导法(MILC)，其中准分子激光法由于可以在低温制程下进行，且其制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间选择性好、掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、电子迁移率高达400平方厘米/伏特秒，进而备受青睐。

准分子激光法是利用激光脉波加热及融化非晶硅，非晶硅(amorphous silicon,a-Si)薄膜会再结晶形成多晶硅薄膜。然而，准分子激光一般处于紫外光波段，设备较为昂贵，且较难产生大面积的照射。另外，准分子激光法对于大面积的非晶硅薄膜而言还是具有结晶均匀性较差的问题。

发明内容

本发明提供一种薄膜结构，其可以提升非晶硅薄膜于融化再结晶的过程中的大面积结晶均匀性。

根据本发明的实施例，这种薄膜结构包括非晶硅薄膜以及多个纳米粒子。多个纳米粒子于非晶硅薄膜的表面上，且多个纳米粒子的材料包括光热效应材料。

优选地，多个纳米粒子为多个棒状纳米粒子，且多个棒状纳米粒子的延伸方向不垂直于非晶硅薄膜的所述表面。

优选地，多个棒状纳米粒子包括芯层与介电皮层，介电皮层包裹芯层，且芯层的材料不同于介电皮层的材料。

优选地，芯层的材料包括金属，且介电皮层的材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。

优选地，介电皮层经由涂布方式形成。

优选地，介电皮层的厚度介于5纳米至50纳米之间。

优选地，多个纳米粒子的截面积总和占非晶硅薄膜表面积的比例介于30％至100％之间。

优选地，多个棒状纳米粒子的材料包括硅或锗。

优选地，多个棒状纳米粒子的长径比介于1.1至10之间。

优选地，多个棒状纳米粒子于非晶硅薄膜上的涂布密度大于1.5×10¹³个/平方厘米。

优选地，多个纳米粒子的材料选自硅、金属掺杂硅、三五族锗类半导体、硫化铜类金属硫化物、纳米碳管、石墨烯类碳基材料、氧化铁类磁性材料、量子点、上转换材料中的一种或多种。

优选地，多个纳米粒子的粒径材料介于10纳米至100纳米之间。

优选地，多个纳米粒子于所述非晶硅薄膜上的涂布密度介于5个/平方微米至100个/平方微米。

在根据本发明的实施例的薄膜结构中，由于非晶硅薄膜的表面上具有多个纳米粒子，且多个纳米粒子的材料包括光热效应材料，因此可以通过光照射到多个纳米粒子，进而可以提升非晶硅薄膜在融化再结晶的过程中的大面积结晶均匀性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的第一实施例的一种薄膜结构的剖面示意图；

图2为本发明的第二实施例的一种薄膜结构的剖面示意图。

附图标记说明：

100、200：薄膜结构；

110：非晶硅薄膜；

110a：表面；

120、220：纳米粒子；

120a：芯层；

120b：介电皮层；

130：光；

L1：厚度；

t1、t2：长度。

具体实施方式

以下，将参考附图来详细阐述本发明的实施例。然而，本发明可实施为诸多不同形式，而不应被视为仅限于本文所述的实施例。更确切来说，公开这些实施例是为了使本公开内容透彻及完整，并将向所属领域中的技术人员充分传达本发明的概念，且本发明将仅由所附权利要求来界定。在说明书通篇中，相同参考编号标示相同组件，且为使本发明的实施例清晰起见，会夸大一些部分的大小。

图1为本发明的第一实施例的一种薄膜结构的剖面示意图。

请参照图1，第一实施例的薄膜结构100包括非晶硅薄膜110以及多个纳米粒子120。多个纳米粒子120于非晶硅薄膜110的表面110a上，且多个纳米粒子120的材料包括光热(photothermal)效应材料。

在一些实施例中，纳米粒子120的材料可以是选自硅、金属掺杂硅、三五族锗类半导体、硫化铜类金属硫化物、纳米碳管、石墨烯类碳基材料、氧化铁类磁性材料、量子点(quantum dot,QD)、上转换(upconversion)材料中的一种或多种，但本发明不以此为限。单一个纳米粒子120可以是上述材料的一种或多种。或是，多个纳米粒子120中各个纳米粒子120的材料可以彼此相同或不同，于本发明不以此为限。

在一些实施例中，纳米粒子120的粒径可以是介于10纳米(nanometer,nm)至100纳米之间。而在上述的纳米尺度(nanoscale)下，纳米粒子120所呈现出的物理或化学性质是可以与相同材质的块材(bulk)不同。

在一些实施例中，且纳米粒子120的长径比介于0.5至10之间。也就是说，纳米粒子120可以为棒状或粒状。

本发明的多个纳米粒子120包括光热效应材料。若提供一光源(未示出)，光源发出的光130照射于多个纳米粒子120上，多个纳米粒子120在吸收光能后会将其转换成热能，再利用此热能作为非晶硅薄膜转换为多晶硅薄膜时所需的相变能。通过上述的方式，可以使转换后的热能更均匀地在非晶硅薄膜110上传递，进而在非晶硅薄膜于融化再结晶的过程中，可以提升大面积结晶的均匀性。光源所发出的光130例如是波长介于700纳米至1400纳米之间的红外光，光源可以是激光、氙灯、汞灯、卤素灯或阵列式发光二极管。在一些实施例中，使用阵列式发光二极管作为光源可以进一步的降低制程设备成本，但本发明不以此为限。

请继续参照图1，在本实施例中，纳米粒子120为棒状，但本发明不以此为限。在其他实施例中，纳米粒子的形状可以是粒状、球状或椭球状。多个棒状的纳米粒子120的延伸方向(即，棒状的长轴方向)不垂直于非晶硅薄膜110的表面110a。当棒状的纳米粒子120的延伸方向不垂直于非晶硅薄膜110的表面110a时，棒状的纳米粒子120可以具有较多的被照射面积，因此可以具有较好的光热转换效率，可以更进一步提升光源发出的光130的光利用率。

在本实施例中，多个棒状的纳米粒子120的延伸方向平行于非晶硅薄膜110的表面110a。当然，若多个棒状的纳米粒子120的部分几个于非晶硅薄膜110的表面110a上不规则的堆叠，则这几个不规则堆叠的棒状的纳米粒子120的延伸方向是可以稍微不平行于非晶硅薄膜110的表面110a。另外，通过沉积法形成的非晶硅薄膜110的表面110a可能会具有部分的凹陷或凸起，而若多个棒状的纳米粒子120的部分几个恰巧于非晶硅薄膜110的表面110a的凹陷或凸起上，则这几个于非晶硅薄膜110的表面110a的凹陷或凸起上的棒状的纳米粒子120的延伸方向是可以稍微不平行于非晶硅薄膜110的表面110a。而上述的状况仍应属于本公开中“多个棒状的纳米粒子120的延伸方向平行于非晶硅薄膜110的表面110a”的均等范围。

在一些实施例中，多个棒状的纳米粒子120的长径比可以是介于1.1至10之间，长径比为芯层120a的长度t1与芯层120a的直径之间的比值。多个棒状的纳米粒子120于非晶硅薄膜110上的涂布密度例如是大于1.5×10¹³个/平方厘米。

在本实施例中，多个棒状的纳米粒子120可以包括芯层120a与介电皮层120b，介电皮层120b完全包裹于芯层120a的外表面上，且介电皮层120b的熔点大于纳米粒子120的熔点。换句话说，部分的介电皮层120b会位于芯层120a与非晶硅薄膜110之间，使芯层120a与非晶硅薄膜110不直接接触。芯层120a的材料可以是金属，介电皮层120b的材料可以是选自硅化物，硅化物可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。当光热效应发生时，可以使纳米粒子120周围环境温度会升高。若纳米粒子的材质只有是以低熔点(即：低于非晶硅再结晶形成多晶硅的转换温度)的材质(如：金)来组成，则纳米粒子可能会融化并结合为大于纳米粒子120粒径的颗粒或块材，因此会降低光热效应，甚至导致光热效应失效。因此，本发明通过介电皮层120b完全包裹芯层120a，可以降低芯层120a因为温度升高而彼此融为一体的风险，进而使光热效应可以持续的进行。另外，更值得注意的是，在纳米尺度下，各种物质所呈现出的物理或化学性质是可以与相同材质的块材不同，例如：金块的熔点大约是1063℃，而纳米金粒子依据其纳米尺度，纳米金粒子的熔点可以降到300℃至700℃，又例如：银块的熔点大约是962℃，而纳米银粒子依据其纳米尺度，纳米银粒子的熔点甚至可以降到100℃。因此，在一些实施例中，当芯层120a的材料是金属(如：金或银)时，由介电皮层120b包裹芯层120a便不会对非晶硅薄膜110产生金属污染，进而可以减少制程步骤并提高生产效率。

在一些实施例中，介电皮层120b可以是经由涂布工艺(coating process)形成，而可以使介电皮层120b完全包裹于芯层120a的外表面上。举例而言，当介电皮层120b的材料为氧化硅时，可以是利用四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane,TEOS)进行水解缩合反应，接着，再与芯层120a材料形成悬浮液，再将此悬浮液涂布于非晶硅薄膜110的表面上，但本发明不以此为限。在一些实施例中，介电皮层120b的厚度L1可以是介于5纳米至50纳米之间。若介电皮层120b的厚度L1小于5纳米，则会提升介电皮层120b产生破损或变形的可能。若介电皮层120b的厚度L1大于50纳米，则在光热效应时可能会降低热导。优选地，当介电皮层120b的厚度L1大于等于20纳米且小于等于50纳米，这对于介电皮层120b的制造工艺较为容易(即，可以具有较好的工艺窗口(process window))，且可较佳地降低介电皮层120b产生破损或变形的可能，而防止芯层120a因为温度升高而彼此融为一体或融化成纳米颗粒，且在光热效应时的热导较佳。多个棒状的纳米粒子120的截面积总和占非晶硅薄膜110表面积的比例可以是介于30％至100％之间，但本发明不以此为限。

图2为本发明的第二实施例的一种薄膜结构的剖面示意图。

请参照图2，第二实施例的一种薄膜结构200与第一实施例的一种薄膜结构100差异在于，纳米粒子220的材料为硅或锗。具体而言，纳米粒子220为单层结构。由于硅或锗类纳米材料的融化温度远大于光热效应中会产生的温度，或是，大于非晶硅再结晶形成多晶硅的转换温度。举例而言，硅类纳米材料的融化温度为1327℃。因此，当纳米粒子220的材料为硅或锗，可以更轻易的防止纳米粒子220因热产生变形。此外，在一些实施例中，当纳米粒子220的材料为硅类纳米材料时，硅类纳米材料具有作为结晶化的晶种(seed)功能，因此，可缩短结晶时间进而提高产能，但本发明不以此为限。

在一些实施例中，多个纳米粒子220的粒径可以是介于10纳米(nanometer,nm)至100纳米之间，且纳米粒子220的长径比介于1.1至10之间。也就是说，纳米粒子220可以为棒状或粒状。另外，前述的长径比为纳米粒子220的长度t2与纳米粒子220的直径之间的比值。

在本实施例中，纳米粒子220为棒状，且棒状纳米粒子220于非晶硅薄膜110上的涂布密度例如是大于1.5×10¹³个/平方厘米。

在其他实施例中，若纳米粒子的材料为硅或锗，则纳米粒子可以为粒状，且粒状纳米粒子于非晶硅薄膜110上的涂布密度例如是介于5个/平方微米至100个/平方微米。

综合以上的公开内容，本发明的薄膜结构中，由于非晶硅薄膜的表面上具有多个纳米粒子，且多个纳米粒子的材料包括光热效应材料，因此可以通过光照射到多个纳米粒子，进而可以提升非晶硅薄膜在融化再结晶的过程中的大面积结晶均匀性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。