Atomic layer deposition and wet etching of aluminum-doped zinc oxide films for transparent electroluminescent displays
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-08-29
Department
Major/Subject
Functional Materials
Mcode
CHEM3025
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
80
Series
Abstract
This research explores the atomic layer deposition (ALD) technique and transparent conductive oxides, particularly focusing on aluminum-doped zinc oxide (AZO) films for their application in transparent electroluminescent displays. AZO is identified as a cost-effective, environmentally friendly, and efficient alternative to indium tin oxide (ITO), offering significant advancements in display technology through optimized deposition and wet etching processes. Through the ALD, the effects of varying the ZnO to Al ratio, film thickness, deposition temperatures, and annealing on the films’ physical, optical, and electrical properties were investigated. Optimal deposition conditions were established, notably at a deposition temperature of 250 °C with a ZnO:Al ratio of 20:1 and a film thickness of approximately 400 nm, good optical and electrical properties were achieved, balancing between transparency (83 %) and resistivity (1.08×10−3 Ω cm). Preliminary wet etching studies highlighted the role of different acids and concentrations, with acetic acid showing promising etching rates, surface quality, and anisotropic etching characteristics. Notably, etching experiments with hydrochloric and nitric acid unveiled a distinctive phenomenon where etching rates were higher adjacent to the patterned AZO features. A significant milestone was achieved by manufacturing a segmented transparent electroluminescent display using AZO as an electrode for the first time, demonstrating the practical application of the findings and the potential of AZO in display technologies.Tämä työ tutkii atomikerroskasvatusmenetelmää (atomic layer deposition, ALD) ja läpinäkyviä johtavia oksideja, keskittyen erityisesti alumiinilla dopattuihin sinkkioksidikalvoihin (aluminum-doped zinc oxide, AZO) ja niiden soveltamista läpinäkyviin elektroluminesenssinäytöihin. ALD:lla kasvatettu AZO-kalvo on kustannustehokas, ympäristöystävällinen ja toimiva vaihtoehto läpinäkyväksi johtimeksi indiumtinaoksidille (indium tin oxide, ITO). AZO-kalvojen optimoidut kasvatus- ja märkäetsausprosessit edistävät merkittävästi näyttöteknologiaa. Tämä työ esittää kattavan tutkimuksen AZO:n kalvojen kasvatuksesta ja märkäetsauksesta. ALD:lla tutkittiin ZnO:n ja Al:n suhteen, kalvon paksuuden, kasvatuslämpötilojen ja jälkiuunituksen vaikutuksia kalvojen fyysisiin, optisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin. Optimaaliset kasvatusolosuhteet määriteltiin. Erityisesti 250 °C kasvatuslämpötilassa 20:1 ZnO:Al suhteella ja noin 400 nm kalvon paksuudella saavutettiin hyvät optiset ja sähköiset ominaisuudet, tasapainottaen läpinäkyvyyden (83 %) ja resistiivisyyden (1.08×10−3 Ω cm) välillä. Alustavissa märkäetsaustutkimuksissa tutkittiin eri happojen ja pitoisuuksien vaikutuksia, jossa etikkahappo osoitti lupaavia etsausnopeuksia, pinnan laatua ja anisotrooppisia et-sausominaisuuksia. Suola- ja typpihapon etsauskokeissa huomattiin, että etsausnopeudet olivat korkeampia AZO-kuvion vieressä muuhun alueeseen verrattuna. Merkittävä tulos saavutettiin valmistamalla segmentoitu läpinäkyvä elektrolu-minesenssinäyttö käyttäen AZO:a elektrodina ensimmäistä kertaa. Tämä mahdollistaa tutkimustulosten soveltamisen käytännössä ja AZO:n potentiaalin näyttöteknologioissa.Description
Supervisor
Karppinen, MaaritThesis advisor
Holopainen, JaniKeywords
ALD, AZO, TCO, EL display
