DD234038A1 - Verfahren zur strukturierung leitfaehiger metalloxidschichten - Google Patents

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DD234038A1
DD234038A1 DD27269885A DD27269885A DD234038A1 DD 234038 A1 DD234038 A1 DD 234038A1 DD 27269885 A DD27269885 A DD 27269885A DD 27269885 A DD27269885 A DD 27269885A DD 234038 A1 DD234038 A1 DD 234038A1
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DD
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metal oxide
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conductive metal
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layer
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DD27269885A
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Inventor
Horst Hinzmann
Karl-Heinz Heckner
Horst Ladwig
Peter Hottewitzsch
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Werk Fernsehelektronik Veb
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung leitfaehiger Metalloxidschichten, insbesondere transparente leitfaehige Metalloxidstrukturen auf silikatischen oder halbleitenden Substraten, das bei der Herstellung von Fluessigkristall-, Elektrolumineszenz- und Elektrochromiedisplays, Fotodektoren und Bildwandlern und anderen Varianten der Informationsdarstellung, -detektion und -wandlung Anwendung findet. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, um die Aufwendungen an Materialien, die Anzahl technologischer Schritte und die damit verbundene Umweltbelastung zu reduzieren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Metalloxidschicht als Katode geschaltet und nach der Kontaktierung mit einer unloeslichen, poroesen elektrolytgetraenkten Masse mit der Form des Negativbildes der zu schaffenden Struktur verbunden und nach dem Einschalten eines Stromes mit anschliessender Spuelung mit einer sauren Loesung und Wasser aufgeloest wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Metalloxidschichten, insbesondere transparente leitfähige Metalloxidstrukturen auf silikatischen oder halbleitenden Substraten, das bei der Herstellung von Flüssig-Kristall-, Elektrolumineszenz- und Elektrochromiedisplays, Fotodektoren und Bildwandlern und anderen Varianten der Informationsdarstellung, -detektion und -Wandlung Anwendung findet.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bekannt ist, die Strukturierung von Metalloxidschichten auf isolierenden Substanzen derart durchzuführen, daß die Metalloxidschichten mit Photolacken, Photoresisten, Metallen oder anderen Materialien so beschichtet werden, daß auf der Oberfläche das Negativbild der zu erzeugenden Struktur unbedeckt bleibt.
Anschließend wird mit einer geeigneten Ätzflüssigkeit, gegen die die Abdeckschicht inert ist, der unbedeckte Anteil der Metailoxidschicht entfernt und danach die Abdeckstruktur wieder beseitigt. Auf diese Weise bleibt dann die gewünschte Struktur des Metalloxids auf der Oberfläche. Als geeignete Ätzmittel für die Metalloxidschichten werden Salzsäure- und Jodwasserstoff-Lösungen vorgeschlagen (US PS 4 336 295, DT-OS 24 25 702) und auch andere Säuren verwendet (DE-OS 30 47
Zusätze von FeCI3 zur Salzsäurelösung haben sich unter dem Aspekt der Mehrfachverwendung des Ätzmittels als besonders zweckmäßig erwiesen (DE-OS 26 35 245).
Dabei treten für einige Anwendungen unerwünschte Probleme auf, wenn die zu strukturierende Metalloxidschicht aus SnO2 besteht oder SnO2 enthält, und zumindest letzteres ist bei den gegenwärtig industriell erzeugten Schichten fast immer der Fall.
Diese Probleme resultieren aus der sehr geringen Lösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit von SnO2 in Säuren und führen zu einer Ausscheidung von schwerlöslichen SnO2 in unmittelbarer Nähe der Ätzbereiche.
Auf diese Weise können beispielsweise scharfe Ätzkanten an den Rändern entstehen. Diese führen bei solchen Anwendungen der transparenten Elektroden, die hohe Feldstärken erfordern, beispielsweise beim Elektrolumineszenzdünnfilmdisplay zu Durchbrucheffekten und letztlich zur Zerstörung des Bauelements.
Zur Verbesserung der Löslichkeit von Zinndioxid in Säuren wurde vorgeschlagen, bestimmte Metallpulver, beispielsweise Zn, Cd oder Al auf die zu entfernende Oxidschicht zu reiben, wobei dann durch eine nachfolgende Säureeinwirkung an der Oxidoberfläche Wasserstoff entwickelt wird, der zu einer reduktiven Auflösung des Zinndioxids führt (DE-OS 22 59 033).
Dieses Verfahren ist manuell aufwendig, begünstigt das Verbleiben von Metalloxidinseln auf der Oberfläche und führt zu Unterätzungseffekten und Aufwürfen an den Rändern.
Unabhängig von den auf die Schwerlöslichkeit des Zinndioxide zurückführbaren Effekten sind die genannten Strukturierungstechnologien über den Weg der Schaffung von Ätzmustern nach Photolack-, Photoresist- und Siebdrucktechnologien auch material- und zeitaufwendig und auch umweltbelastend.
Auch die bekannte Methode des elektrolytischen Ätzens (DE-OS 23 19 012) führt nicht zu einer Verringerung des technologischen Aufwands, da die genannten Abdecktechnologien gleichfalls angewendet werden müssen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Iviatalloxidschichten zu entwickeln, um die Aufwendungen an Materialien, die Anzahl technologischer Schritte und die damit verbundene Umweltbelastung zu reduzieren sowie die Regulierbarkeit der Strukturierungstechnologie und die anwendungsspezfischen Anforderungen an die Qualität der Metalloxidstrukturen zu verbessern.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Metalloxidschichten auf Fremdsubstraten zu schaffen, daß die intermediäre Abdeckung der zu schaffenden Struktur nach bekannten Photlack-, Photoresist- oder Siebdrucktechnologien beseitigt und die Steuerung und Regelung des Strukturierungsvorganges ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Metalloxidschicht als Katode geschaltet, mit einer auf der Anode befindlichen, unlöslichen, porösen elektrolytgetränkten Masse in Form des Negativbildes der zu schaffenden Struktur kontaktiert und dadurch unter Stromeinwirkung der dem Negativbild der Struktur entsprechende Teil der Metalloxidschicht elektrolytisch aufgelöst wird. Die Metalloxidschicht mit Schichtdicken < 1 μηη besteht aus Zinndioxid, Indiumoxid, Cadmiumoxid, Zinkoxid mit verschiedenen Dotierungen und aus Mischungen dieser
Es ist zweckmäßig, die poröse, elektrolytgetränkte Masse, die sich auf der Anode befindet, aus Glas- oder Keramikfrittenmaterial,
aus silikonierten Cellulosematerialien oder Perfluorkohlenwasserstoffen herzustellen. Auch andere poröse silikatische Massen oder organische Polymere werden eingesetzt. Es sind bevorzugt schwach saure Elektrolyte, beispielsweise 1—5%ige Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure mit 10% Natriumsulfat, Natriumchlorid oder Natriumphosphat bei konstanten Stromdichten im Bereich zwischen 0,2 und 2 KA/m2 bei Zimmertemperatur, wobei je nach dem eingesetzten Elektrolyt und Art sowie Dicke des porösen Materials Zellspannungen zwischen 4 und 20 V aufzuwenden sind, zu verwenden. Als Metallanoden werden dimensiosstabile Anodenmaterialien, beispielsweise Rutheniumdioxid auf Titanunterlage eingesetzt, für verschiedene Anwendungen ist es aber auch zweckmäßig, anodisch auflösbare Anodenmaterialien, beispielsweise Kupfer oder Zinn einzusetzen und das dabei in Lösung gegangene Material auf bekannte Weise elektrolytisch zurückzugewinnen.
Erfindungsgemäß ist es bei der Verwendung dimensionsstabiler Anodenmaterialien, bei denen die Anodenreaktion mit einer Gasentwicklung verbunden ist, zweckmäßig, die poröse Schicht nicht auf die gleichmäßig glatte Anodenoberfläche aufzubringen, sondern die Anode siebförmig, streifenförmig oder nach einer anderen geeigneten Struktur mit Vertiefungen zu gestalten, so daß ein ungestörtes Entweichen des entwickelten Gases, überwiegend Sauerstoff, möglich wird.
Die Schärfe der seitlichen Begrenzung der zu schaffenden Struktur und deren Kantenschärfe wird über die Stromdichte und Säurekonzentration des Elektrolyten beeinflußt und nimmt mit abnehmender Stromdichte ab.
Die katodisch induzierte Auflösung der Metalloxide vollzieht sich durch Überlagerung verschiedener elektrochemischer und chemischer Vorgänge, die im Detail von den metallischen Komponenten der Oxide abhängen.
. Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Ausführungsbeispiel 1:
Eine Indium-Zinn-Mischoxid-Schicht auf einer Glasunterlage wurde als Katode geschaltet in eine Elektrolysezelle mit einem Elektrolyten, bestehend aus 5%iger Salzsäure und 5%iger Natriumchloridlösung gebracht. Der Zinndioxidgehalt lag bei 12%, die Schichtdicke der Oxidschicht bei 0,2 μπη.
Als Anode wurde eine dimensionsstabile Elektrode, bestehend aus Titanunterlage und einer Struktur entsprechend der Anode aus einem Gemisch von Rutheniumdioxid und Titaniumdioxid (30% RuO2, 70% TiO2), verwendet.
Auf dieser Anode war eine glasfaserverstärkte Spezialpapierschicht angebracht, dessen Porösität im Bereich der zu erzeugenden Struktur durch Tränken mit einem Lack beseitigt war.
Die Anode mit der porösen Schicht wurde auf die katodisch geschaltete Indium-Zinn-Mischoxid-Schicht gedrückt und bei einer Stromdichte von 5 A dm ~2 für 15 s elektrolysiert (Anfangszellspannung bei 5 V).
Nach dem Abschalten des Elektrolysestromes wurde die so strukturierte Oxidschicht noch für etwa 20 s in der Elektrolytlösung bewegt um verbliebene Oxidreste zu beseitigen und dann mit destilliertem Wasser gespült.
Ausführungsbeispiel 2:
Eine transparente, leitfähige Cadmiumstannatschicht (Verhältnis von CdO:SnO2 = 1:1) auf Glasunterlage wurde mit einer dimensionsstabilen Anode des im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Typs strukturiert.
Auf der Anode befand sich wiederum eine glasfaserverstärkte Schicht eines Spezialpapier, das mit einem Elektrolyten bestehend aus 5%iger HCI und 8%igem NaCI getränkt war.
Die Dicke der Cadmiumstannatschicht lag bei 0,1 μηη. Auf die Verwendung einer Elektrolysezelle wurde verzichtet. Die Anode wurde direkt auf die als Katode geschaltete Cadmiumstannatschicht gedrückt und über die Zeit von etwa 2 s ein Stromstoß mit einer Stromdichte von 10 A dm~2 durch die Anordnung geleitet.
Nach dem Abschalten des Stromes wurde noch etwa 10 s in 5%iger Salzsäure und danach in destilliertem Wasser gespült und getrocknet.
Die so erhaltenen Strukturen sind sowohl für Displays auf Flüssigkristallbasis als auch auf Basis der Dünnfilmelektrolumineszenz einsetzbar.

Claims (6)

  1. Erfindungsanspruch:
    1. Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Metalloxidschichten auf Fremdsubstraten durch elektrolytisches Ätzen, gekennzeichnet dadurch, daß die Metalloxidschicht als Katode geschaltet, mit einer auf der Anode befindlichen, unlöslichen, porösen elektrolytgetränkten Masse in Form des Negativbildes der zu schaffenden Struktur kontaktiert und dadurch unter Stromeinwirkung der dem Negativbild der Schicht entsprechenden Teil der Metalloxidschicht elektrolytisch aufgelöst wird.
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Metalloxidschicht mit Schichtdicken < 1 μιη aus Zinndioxid, Indiumoxid, Cadmiumoxid, Zinkoxid mit verschiedenen Dotierungen und aus Mischungen dieser besteht.
  3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrolytgetränkte Masse aus glasfaserverstärkten Spezialpapiermassen oder aus porösen organischen Polymermassen, bevorzugt Perfluorkohlenwasserstoffe oder Schaumstoffe besteht.
  4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrolyse mit sauren Elektrolyten, beispielsweise 1-5°/oige Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure mit 10% Natriumsulfat, Natriumchlorid oder Natriumphosphat bei konstanten Stromdichten im Bereich zwischen 0,2 und 2 KA/m2 bei Zimmertemperatur durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß dimensionsstabile Materialien, beispielsweise Rutheniumdioxid auf einer Titanunterlage oder anodisch auflösbare Materialien, beispielsweise Kupfer oder Zinn eingesetzt werden.
  6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei dimensionsstabilen Anoden, bei denen die Anodenreaktion mit einer Gasentwicklung verbunden wird, die poröse Masse auf eine mit einer geeigneten partiell vertiefenden Unterstruktur versehene Oberfläche, vorzugsweise streifen- und netzförmig, aufgebracht wird.
DD27269885A 1985-01-22 1985-01-22 Verfahren zur strukturierung leitfaehiger metalloxidschichten DD234038A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19914093A1 (de) * 1999-03-27 2000-10-19 Dornier Gmbh Elektrochromes Element

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