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DE10152412A1 - Filmschicht mit bestimmten optischen und elektrischen Eigenschaften - Google Patents

Filmschicht mit bestimmten optischen und elektrischen Eigenschaften

Info

Publication number
DE10152412A1
DE10152412A1 DE10152412A DE10152412A DE10152412A1 DE 10152412 A1 DE10152412 A1 DE 10152412A1 DE 10152412 A DE10152412 A DE 10152412A DE 10152412 A DE10152412 A DE 10152412A DE 10152412 A1 DE10152412 A1 DE 10152412A1
Authority
DE
Germany
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film layer
layer
component
substrate
content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10152412A
Other languages
English (en)
Inventor
Chaun-Gi Choi
Young-Rag Do
Joon-Bae Q Lee
Chang-Won Park
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of DE10152412A1 publication Critical patent/DE10152412A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Filmschicht mit einer Übergangsschicht, welche einen ersten Bestandteil und einen zweiten Bestandteil mit Gehaltsgradienten nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht umfaßt, wobei der erste Bestandteil wenigstens ein dielektrisches Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiO¶x¶ (x > 1), MgF¶2¶, CaF¶2¶, Al¶2¶O¶3¶, SnO¶2¶, In¶2¶O¶3¶ und ITO besteht, und der zweite Bestandteil wenigstens ein Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Au), Silizium (Si), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filmschicht mit bestimmten elektrischen und optischen Eigenschaften und insbesondere eine nicht dekorative, d. h. funktionelle Filmschicht, deren elektrische und optische Eigenschaften einstellbar oder wählbar sind.
Eine Filmschicht mit elektrischer Leitfähigkeit, bei der das Reflexionsvermögen für äußeres Licht minimal ist, hat verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, einschließlich der Verwendung bei Sonnenbrillengläsern, bei Abschirmungsgläsern für äußeres Licht, bei UV-Schutz- und Isoliermaterialien oder elektromagnetischen Abschirmungsmaterialien.
Ein Beispiel einer derartigen Filmschicht ist auch die Schwarzmatrix, die zwischen den Leuchtstoffschichten einer Farbanzeigevorrichtung, beispielsweise einer Farbkathoden­ strahlröhre, ausgebildet wird, um äußeres Licht und Licht zu absorbieren, das von den benachbarten Leuchtstoffschichtmu­ stern gestreut wird. Wenn das Reflexionsvermögen für äußeres Licht des Bildschirmes einer Anzeigevorrichtung zunimmt, wird das angezeigte Bild unscharf. Da äußeres Licht haupt­ sächlich an der Schwarzmatrix des Bildschirmes reflektiert wird, ist immer wieder versucht worden, die Luminanz und den Kontrast dadurch zu verbessern, daß das Absorptionsvermögen der Schwarzmatrix erhöht wird, die die Bildpunkte der Anzei­ gevorrichtung umgibt. Es ist bereits eine Schwarzmatrix her­ gestellt worden, die aus einem unter Verwendung von Chrom gebildeten Film mit Schichtaufbau gebildet ist, der aus ei­ ner Chromschicht und einer Chromoxidschicht besteht. Um das Absorptionsvermögen der Schwarzmatrix weiter zu erhöhen, kann der Chromoxidschicht Kohlenstoff zugesetzt sein.
Die US-PS-5,976,639 beschreibt ein Verfahren zum Bil­ den einer Schwarzmatrix für eine Flüssigkristallanzeige un­ ter Verwendung eines Films mit Schichtaufbau, der aus einer Übergangsschicht und einer Metallschicht auf der Innenfläche eines Anzeigefeldes besteht. Dieser Film mit Schichtaufbau weist eine Übergangsschicht auf, in der der Gehalt eines Bestandteils, wie beispielsweise Cr, W, Ta, Ti, Fe, Ni oder Mo in Einfallsrichtung des äußeren Lichtes um etwa 0,5% bis höchstens etwa 20% pro 10 nm zunimmt. Die Übergangsschicht kann weiterhin einen Bestandteil, wie Beispielsweise Sauer­ stoff, Stickstoff oder Kohlenstoff, enthalten. Das Metalle­ lement ist vorzugsweise Chrom. Die Übergangsschicht ist zwi­ schen einer Schicht mit niedrigem Metallgehalt und einer Schicht mit hohem Metallgehalt angeordnet. Der Gehalt an Metallelementen der Schicht mit hohem Metallgehalt liegt im Bereich von 50 bis 100 Gewichtsprozent und der Gehalt an Metallelementen der Schicht mit niedrigem Metallgehalt liegt im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsprozent. Die Schicht mit niedrigem Metallgehalt ist vom Standpunkt der Funktion einer Schwarzmatrix kein wesentlicher Bestandteil.
Eine Schwarzmatrix wird durch reaktives Sputtern her­ gestellt, bei dem ein Metalltarget (Chrom) auf einer Magne­ tronkathode in einer Vakuumkammer angeordnet wird, ein er­ stes Gas in die Kammer zur Magnetronentladung eingeführt wird und ein zweites Gas, das ein reaktives Gas ist (Sauer­ stoff oder Stickstoff), das mit den Sputtermetallelementen reagiert, in die Kammer eingeführt wird. Das Sputtern er­ folgt in einer Atmosphäre, in der der Partialdruck des reak­ tiven Gases allmählich in Bewegungsrichtung eines transpa­ renten Substrates abnimmt.
Bei der Schwarzmatrix und ihrem Herstellungsverfahren, die in der US-PS-5,976,639 beschrieben sind, werden jedoch umweltschädliche Materialien, wie beispielsweise Chrom, ver­ wandt und sollte der Niederschlag in einer reaktiven Atmo­ sphäre erfolgen. Während der Bildung der Übergangsschicht und der Metallschicht im Film mit Schichtaufbau müssen dar­ über hinaus die Zusammensetzung und die Stärke jeder Schicht genau gesteuert werden, was den Herstellungsvorgang kompli­ ziert.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, soll durch die Erfindung eine Filmschicht geschaffen werden, die ausge­ zeichnete mechanische, optische und elektrische Eigenschaf­ ten hat, indem ein Gemisch aus einem anderen nicht giftigen Metall als Chrom und einem dielektrischen Material verwandt wird.
Die erfindungsgemäße Filmschicht weist eine Übergangs­ schicht auf, die einen ersten Bestandteil und einen zweiten Bestandteil umfaßt, die Gehaltsgrandienten nach Maßgabe der Stärke der Filmschicht haben, wobei der erste Bestandteil wenigstens ein dielektrisches Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und ITO besteht, während der zweite Bestandteil wenigstens ein Material ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Silizium (Si), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zircon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht.
Vorzugsweise sind die Gehaltsgradienten so verteilt, daß der Brechungsindex in Einfallsrichtung des äußeren Lich­ tes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht allmählich zu- oder abnimmt.
Die Gehaltsgradienten können insbesondere so verteilt sein, daß das Lichtabsorptionsvermögen in Einfallsrichtung des äußeren Lichtes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht allmählich zunimmt.
Die Gehaltsgradienten sind insbesondere so verteilt, daß die elektrische Leitfähigkeit allmählich zu- oder ab­ nimmt, indem der Gehalt des zweiten Bestandteils nach Maßga­ be der Dicke der Filmschicht variiert.
Es ist besonders bevorzugt, die Gehaltsgradienten der­ art zu verteilen, daß in Einfallsrichtung des äußeren Lich­ tes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht der Gehalt des ersten Bestandteils allmählich abnimmt und der Gehalt des zweiten Bestandteils allmählich zunimmt.
Gemäß der Erfindung ist die Filmschicht vorzugsweise auf einem Substrat niedergeschlagen, das einen Brechungsin­ dexunterschied von weniger als oder gleich 0,5 gegenüber dem Brechungsindex einer Außenfläche der Filmschicht hat, die das Substrat kontaktiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Filmschicht weiterhin eine dielektrische Schicht aufweisen, die aus wenigstens einem dielektrischen Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und ITO (Indiumzinnoxid) besteht. Die Stelle der Ausbildung ist nicht in besonderer Weise beschränkt, vorzugsweise wird diese Schicht zwischen dem Substrat und der Übergangsschicht niedergeschlagen der­ art, daß sie das Substrat kontaktiert. Der Unterschied im Brechungsindex zwischen der dielektrischen Schicht und dem Substrat ist dabei vorzugsweise kleiner als oder gleich 0,5.
Die erfindungsgemäße Filmschicht kann auch eine lei­ tende Schicht aufweisen, die wenigstens ein Metallelement umfaßt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht. Die Stelle der Ausbil­ dung der leitenden Schicht ist nicht besonders beschränkt, im Hinblick auf die verbesserten Widerstandscharakteristiken der Filmschicht wird die leitende Schicht vorzugsweise auf einer Außenfläche ausgebildet, die der Außenfläche gegen­ überliegt, an der die Filmschicht das Substrat kontaktiert, wenn die Filmschicht auf Gebieten verwandt wird, die elek­ trische Leitfähigkeitseigenschaften erfordern, der zweite Bestandteil Silizium ist und der Siliziumgehalt nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht zunimmt.
Wenn die Filmschicht eine dielektrische Schicht auf­ weist, kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eine lei­ tende Schicht vorgesehen sein, die wenigstens ein Metallele­ ment umfaßt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht, wobei die leiten­ de Schicht auf einer Außenfläche ausgebildet ist, die der Außenfläche gegenüberliegt, an der die Übergangsschicht die dielektrische Schicht kontaktiert.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung nä­ her beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in einem schematischen Diagramm den Aufbau der erfindungsgemäßen Filmschicht,
Fig. 2 in einem Diagramm das Grundprinzip der erfin­ dungsgemäßen Filmschicht,
Fig. 3 in einem Diagramm die Änderung in der Vertei­ lung eines ersten Bestandteils (SiO2) und eines zweiten Be­ standteils (Al) bei einem Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Filmschicht und
Fig. 4 in einem Diagramm die Änderung in der Vertei­ lung eines ersten Bestandteils (SiO2) und eines zweiten Be­ standteils (Co) bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filmschicht.
Die erfindungsgemäße Filmschicht umfaßt eine Über­ gangsschicht, in der ein erster Bestandteil und ein zweiter Bestandteil Gehaltsgradienten nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht haben. Der erste Bestandteil ist wenigstens ein dielektrisches Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und ITO (Indi­ umzinnoxid) besteht, und der zweite Bestandteil ist wenig­ stens ein Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Silizium (Si), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht. Die relativen Gehalte des ersten und des zweiten Bestand­ teils variieren allmählich, was dadurch erreicht wird, daß das Maß, mit dem der erste und der zweite Bestandteil auf einem Substrat niedergeschlagen wird, nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht entsprechend eingestellt wird, so daß sich eine Filmschicht ergibt, die Gradienten bezüglich des Bre­ chungsindex, des Extinktionskoeffizienten und der elektri­ schen Leitfähigkeit hat.
Das Reflexionsvermögen einer Filmschicht 20, die auf ein Substrat 10 geschichtet ist, wie es in Fig. 1 darge­ stellt ist, ist das Quadrat des Absolutwertes eines Refle­ xionskoeffizienten r, der sich allgemein wie folgt ausdrüc­ ken läßt:
wobei Ns und Nf komplexe Brechungsindizes, ns und nf Brechungsindizes und ks und kf Extinktionskoeffizienten des Substrates und der Filmschicht jeweils bezeichnen.
Um das Reflexionsvermögen der Filmschicht zu verringern, ist ein kleiner Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Substrat und der Filmschicht bevorzugt. Das heißt, mit anderen Worten, daß keine Reflexion auftritt, wenn die Bre­ chungsindizes des Substrates und der Filmschicht gleich sind.
Eine Filmschicht, bei der nur eine Absorption und kei­ ne Reflexion auftritt, kann dadurch erhalten werden, daß der Brechungsindex in Zunahmerichtung der Dicke der Filmschicht allmählich verändert, d. h. erhöht oder herabgesetzt wird.
Auf dem oben beschriebenen Grundprinzip aufbauend wur­ de die in Fig. 2 dargestellte Filmschicht entwickelt. Ein erstes Material, das ein dielektrisches Material ist, dessen Brechungsindex dem eines Substrates sehr ähnlich ist, wird auf einen an das Substrat angrenzenden Bereich geschichtet. Dabei sei angenommen, daß der Brechungsindex und der Extink­ tionskoeffizient des Substrates gleich ns und gleich ks sind, wie es oben erwähnt wurde, und daß der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient des ersten Materials gleich n1 und k1 sind. Da im Brechungsindex zwischen dem Substrat und dem ersten Material nur ein geringer Unterschied be­ steht, kann eine Lichtreflexion auf der Grundlage des obigen durch die Gleichung 1 wiedergegebenen Prinzips nahezu ver­ mieden werden.
Anschließend wird ein zweites Material (Brechungsindex n2, Extinktionskoeffizient k2) mit im Wesentlichen dem sel­ ben Brechungsindex wie das erste Material auf das erste Ma­ terial geschichtet, wodurch das Lichtreflexionsvermögen auf der Grundlage des gleichen oben beschriebenen Prinzips her­ abgesetzt wird. Anschließend werden ein drittes Material mit dem Brechungsindex n3 und dem Extinktionskoeffizienten k3, ein viertes Material mit dem Brechungsindex n4 und mit dem Extinktionskoeffizienten k4, ein fünftes Material mit dem Brechungsindex n5 und dem Extinktionskoeffizienten k5 usw. auf der Grundlage des gleichen oben beschriebenen Grundprin­ zips niedergeschlagen.
Es kann für einen derartigen Gradienten im Brechungsindex gesorgt werden, daß der Brechungsindex allmählich zu- oder abnimmt. Um das Reflexionsvermögen für äußeres Licht herabzusetzen und das Lichtabsorptionsvermögen zu erhöhen, ist der Niederschlag vorzugsweise so ausgebildet, daß der Extinktionskoeffizient in Einfallsrichtung des äußeren Lich­ tes zunimmt. Wenn der Extinktionskoeffizient nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht allmählich zunimmt, kann dafür gesorgt werden, daß die Lichtmenge, die durch die Film­ schicht geht, allmählich abnimmt, bis kein Licht mehr über­ tragen wird, wenn die Dicke einen bestimmten Wert erreicht.
Es kann gleichfalls dafür gesorgt werden, daß die elektrische Leitfähigkeit der Filmschicht sich allmählich ändert, indem der Gehalt des zweiten Bestandteils nach Maß­ gabe der Dicke der Filmschicht verändert wird, um dadurch den Nutzungsgrad der Filmschicht zu maximieren. Wenn mit anderen Worten der Gehalt an Metallelementen in der Richtung von einer Außenfläche, die mit dem Substrat in Kontakt steht, zur gegenüberliegenden Außenfläche nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht zunimmt, um allmählich die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, ist das Reflexionsvermögen für äußeres Licht minimal, so daß eine optische Struktur mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwirklicht ist. Eine der­ artige Struktur kann wirksam eine Ansammlung von Ladungen verhindern, wenn sie bei einem elektromagnetischen Abschir­ mungsmaterial oder einer Schwarzmatrix einer Anzeigevorrich­ tung angewandt wird.
SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und ITO, die transparente Materialien sind, werden vorzugsweise als di­ elektrisches Material bei der erfindungsgemäßen Filmschicht verwandt, da sie einem üblichen Glassubstrat im Hinblick auf die verschiedenen Eigenschaften einschließlich des Bre­ chungsindex sehr ähnlich sind.
Fe, Co, Ti, V, Al, Ag, Si, Ge, Y, Zn, Zr, W und Ta werden vorzugsweise als zweiter Bestandteil verwandt, da sie ein hohes Lichtabsorptionsvermögen k haben. Aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit sind Al und Ag besonders bevorzugt.
Gemäß der Erfindung wird die Filmschicht auf einem Substrat niedergeschlagen, das einen Brechungsindexunter­ schied von weniger als oder gleich 0,5 gegenüber dem Bre­ chungsindex einer Außenfläche der Filmschicht hat, die das Substrat kontaktiert. Wenn dieser Unterschied größer als 0,5 ist, nimmt das Reflexionsvermögen der Filmschicht verglichen mit dem Substrat, insbesondere einem Glassubstrat, in uner­ wünschter Weise zu.
Die erfindungsgemäße Filmschicht kann weiterhin eine dielektrische Schicht aufweisen, die aus dem ersten Bestand­ teil besteht, der ein dielektrisches Material ist. Die di­ elektrische Schicht befindet sich vorzugsweise zwischen dem Substrat und der Übergangsschicht derart, daß sie das Sub­ strat kontaktiert.
Gemäß der Erfindung ist der Unterschied im Brechungs­ index zwischen der dielektrischen Schicht und dem Substrat vorzugsweise kleiner als oder gleich 0,5. Wenn er größer als 0,5 ist, nimmt das Reflexionsvermögen der Filmschicht ver­ glichen mit dem Substrat, insbesondere einem Glassubstrat, in unerwünschter Weise zu.
Gemäß der Erfindung kann die Filmschicht weiterhin ei­ ne leitende Schicht aufweisen, die aus wenigstens einem Me­ tallbestandteil besteht, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus Fe, Co, Ti, V, Al, Ag, Ge, Y, Zn, Zr, W und Ta besteht. Die Stelle der Ausbildung der leitenden Schicht ist nicht in besonderer Weise beschränkt, im Hinblick auf die bessere Widerstandscharakteristik der Filmschicht wird die leitende Schicht vorzugsweise auf einer Außenfläche ausgebildet, die der Außenfläche gegenüberliegt, an der die Filmschicht das Substrat kontaktiert, wenn die Filmschicht auf Gebieten ver­ wandt wird, bei denen elektrische Leitfähigkeitscharakteri­ stiken benötigt werden, der zweite Bestandteil Silizium ist und der Si Anteil nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht zunimmt.
Wenn die Filmschicht eine dielektrische Schicht aufweist, wird die leitende Schicht im Hinblick auf die niedri­ ge Widerstandscharakteristik der Filmschicht vorzugsweise auf einer Außenfläche ausgebildet, die der Außenfläche ge­ genüberliegt, an der die Übergangsschicht die dielektrische Schicht kontaktiert.
Die Filmschicht wird unter Verwendung eines üblichen Verfahrens der Ausbildung einer dünnen Filmschicht, bei­ spielsweise durch Sputtern, durch Niederschlagen im Vakuum, chemisches oder physikalisches Aufdampfen usw. ausgebildet.
Beim Sputtern kann bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der erste Bestandteil, der ein dielektrisches Mate­ rial ist, einem Hochfrequenzmagnetronsputtern unterworfen werden und kann der zweite Bestandteil, der Metallelemente enthält, einem Hochfrequenz- oder Gleichstromsputtern unter­ worfen werden. Eine Sputtervorrichtung weist vorzugsweise eine mit einem Pumpsystem ausgerüstete Vakuumkammer, eine Magnetronkathode, die in der Vakuumkammer angeordnet ist, ein Target, das auf der Magnetronkathode angeordnet ist und den ersten oder den zweiten Bestandteil darstellt, und ein Argongaseinlaßsystem für die Magnetronentladung auf.
Das heißt mit anderen Worten, daß Hochfrequenzleistung zunächst an den ersten Bestandteil gelegt wird, der ein die­ lektrisches Material darstellt, um mit dem Niederschlag des ersten Bestandteils auf einem Substrat zu beginnen, und daß allmählich die Gleichstrom- oder Hochfrequenzleistung erhöht wird, die am zweiten Bestandteil liegt, der Metallelemente enthält, während die Hochfrequenzleistung am ersten Bestand­ teil allmählich herabgesetzt wird, wodurch eine Filmschicht mit relativen Gehaltsgradienten des ersten und des zweiten Bestandteils auf dem Substrat gebildet wird.
Die Filmschicht kann so niedergeschlagen werden, daß sich die relativen Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Bestandteils linear ändern, das ist aber nicht unbe­ dingt erforderlich. Der Niederschlag kann auch so erfolgen, daß die relativen Zusammensetzungen des ersten und des zwei­ ten Bestandteils abgestufte Gradienten haben. Das heißt mit anderen Worten, daß bei einer linearen Erhöhung oder Herab­ setzung der Hochfrequenz- oder Gleichstromleistung an den jeweiligen Targets in der in Fig. 3 dargestellten Weise li­ neare Gehaltsgradienten erzeugt werden. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann auch eine Filmschicht mit abgestuften Gradienten erhalten werden, indem schrittweise eine bestimm­ te Hochfrequenz- oder Gleichstromleistung an ein Target ge­ legt wird.
Wie es oben beschrieben wurde, kann nach dem Sputtern des ersten und zweiten Bestandteils, um in dieser Weise die erfindungsgemäße Filmschicht zu bilden, ein anschließender Arbeitsvorgang ausgeführt werden, der für die Verwendung der Filmschicht gemäß der Erfindung notwendig ist. Wenn bei­ spielsweise eine Schwarzmatrix einer Anzeigevorrichtung her­ gestellt werden soll, kann der weitere Schritt der Bemuste­ rung der Filmschicht über ein photolithographisches Verfah­ ren durchgeführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen im einzelnen beschrieben.
Beispiel 1
Siliziumdioxid SiO2 und Silber Ag als Target wurden auf einer Magnetronkathode einer Sputtervorrichtung angeord­ net, wobei ein Grunddruck von 5 × 10-6 Torr oder weniger beibehalten wurde. SiO2 wurde einem Hochfrequenzmagne­ tronsputtern unterworfen, während Ag einem Gleichstrommagne­ tronsputtern unterworfen wurde. Ein Ar Gas wurde eingeblasen und das Maß an Unterdruck wurde auf 3,0 mTorr gehalten. An­ schließend wurde Energie an die SiO2 und Ag Targets gelegt, so daß SiO2 und Ag gleichzeitig niedergeschlagen wurden. Um für Gehaltsgradienten von SiO2 und Ag zu sorgen, wurde die am SiO2 liegenden Energie allmählich herabgesetzt und wurde die am Ag liegende Energie allmählich erhöht. Bei einer Stärke der SiO2-Ag-Schicht von 200 bis 250 nm wurde die am SiO2 liegende Energie abgeschaltet und wurde nur noch Ag auf eine Stärke von 100 nm niedergeschlagen.
Beispiel 2
Eine Filmschicht wurde in der selben Weise wie beim Beispiel 1, allerdings mit der Ausnahme hergestellt, daß Al statt Ag als zweiter Bestandteil benutzt wurde. Die beim Beispiel 1 hergestellte Filmschicht hatte in der in Fig. 3 dargestellten Weise eine Verteilung derart, daß sich die Gehalte des ersten und des zweiten Bestandteils linear än­ dern.
Bei einer Filmschicht, die nach einem Beispiel 6 her­ gestellt wird, das später beschrieben wird, zeigt sich ande­ rerseits eine Änderung in der Zusammensetzung mit abgestuf­ ten Gradienten für den ersten und den zweiten Bestandteil, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Wenn die Filmschicht auf einem Kalknatronsubstrat aus­ gebildet ist, nimmt gemäß Fig. 3 und 4 der Gehalt des ersten Bestandteils (SiO2) nach Maßgabe der Dicke von der Außenflä­ che, die im Kontakt mit dem Substrat steht, zur gegenüber­ liegenden Außenfläche, d. h. in Einfallsrichtung des äußeren Lichtes allmählich ab, während der Gehalt der Metallelemente (Al oder Co) allmählich zunimmt.
Bei einer Filmschicht mit den oben beschriebenen Zu­ sammensetzungsverteilungen gemäß der Erfindung wurden das dieleketrische Material und die Metallelemente langsam so niedergeschlagen, daß sich umgekehrt proportionale Gehalts­ gradienten ergeben, was zu Gradienten hinsichtlich des Bre­ chungsindex, des Lichtabsorptionsvermögens und der elektri­ schen Leitfähigkeit führt, ohne einen Schichtaufbau vorzuse­ hen.
Die Brechungsindizes von SiO2, das ein übliches Sub­ strat bildet, und einer reinen SiO2-Schicht auf dem Kontakt­ bereich zum Bereich, sind genau gleich. Das äußere Licht wird an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Film­ schicht nicht reflektiert, sondern durchgelassen. Da der Gehalt an Metallelementen der Filmschicht zunimmt, nehmen auch der Brechungsindex und das Lichtabsorptionsvermögen allmählich zu, so daß das äußere Licht nicht reflektiert, sondern nahezu vollständig absorbiert wird. Da der Gehalt an Metallelementen allmählich zunimmt, nimmt auch die elektri­ sche Leitfähigkeit der Filmschicht allmählich zu, so daß schließlich eine leitende Schicht erzeugt wird, die nur aus Metallelementen besteht.
Beispiel 3
Eine Filmschicht wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt allerdings mit der Ausnahme, daß Co als zweiter Bestandteil verwandt wurde.
Beispiel 4
Eine Filmschicht wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt allerdings mit der Ausnahme, daß MgF2 als erster Bestandteil benutzt wurde.
Beispiel 5
Eine Filmschicht wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt allerdings mit der Ausnahme, daß CaF2 als erster Bestandteil benutzt wurde.
Beispiel 6
Eine Filmschicht mit einem abgestuften Gradienten, der in Fig. 4 dargestellt ist, wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt allerdings mit der Ausnahme, daß SiO2 als erster Bestandteil und Co als zweiter Bestandteil verwandt wurden.
Die elektrischen und optischen Eigenschaften der Film­ schichten, die nach den Beispielen 1 bis 6 hergestellt wur­ den, d. h. der Schichtwiderstand, das Reflexionsvermögen, die optische Dichte und die Dicke wurden ermittelt und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
Das Reflexionsvermögen und die optische Dichte in Ta­ belle 1 wurden bei einer Wellenlänge von 550 nm unter Ver­ wendung eines Spektrometers für UV- und sichtbares Licht gemessen und der Schichtwiderstand Rs wurde über ein 4- Punkt-Meßverfahren ermittelt.
Tabelle 1
Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß die Filmschichten nach den Beispielen 1 bis 6 ein gutes Reflexionsvermögen, einen guten Schichtwiderstand und eine gute optische Dichte haben, d. h., daß diese Filmschichten einen Schichtwiderstand von an­ nähernd 200 bis 1000 mΩ/▱, ein Reflexionsvermögen von 0,6 oder weniger, eine optische Dichte von 4,0 oder mehr zeig­ ten.
Um bei der erfindungsgemäßen Filmschicht das Refle­ xionsvermögen stark herabzusetzen, kann der Brechungsindex der Filmschicht problemlos so eingestellt und gewählt wer­ den, daß er im wesentlichen gleich dem des Substrates ist. Indem der Brechungsindex der Filmschicht allmählich verän­ dert wird, kann die Filmschicht schließlich mit den ge­ wünschten elektrischen Eigenschaften versehen werden, so daß sie sowohl eine Lichtabsorptionsschicht als auch eine lei­ tende Schicht hat. Die erfindungsgemäße Filmschicht kann daher für verschiedene Anwendungsformen verwandt werden, bei denen sowohl optische Eigenschaften als auch elektrische Eigenschaften erforderlich sind.

Claims (12)

1. Filmschicht mit einer Übergangsschicht, welche ei­ nen ersten Bestandteil und einen zweiten Bestandteil mit Gehaltsgradienten nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht umfaßt, wobei der erste Bestandteil wenigstens ein dielek­ trisches Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und Indium­ zinnoxid (ITO) besteht, und der zweite Bestandteil wenig­ stens ein Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Alu­ minium (Al), Gold (Ag), Silizium (Si), Germanium (Ge), Yt­ trium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht.
2. Filmschicht nach Anspruch 1, bei der die Gehalts­ gradienten so verteilt sind, daß der Brechungsindex in Ein­ fallsrichtung des äußeren Lichtes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht allmählich zu- oder abnimmt.
3. Filmschicht nach Anspruch 1, bei der die Gehalts­ gradienten so verteilt sind, daß das Lichtabsorptionsvermö­ gen in Einfallsrichtung des äußeren Lichtes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht allmählich zunimmt.
4. Filmschicht nach Anspruch 1, bei der die Gehalts­ gradienten so verteilt sind, daß die elektrische Leitfähig­ keit allmählich zu- oder abnimmt, da der Gehalt des zweiten Bestandteils nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht vari­ iert.
5. Filmschicht nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Gehaltsgradienten so verteilt sind, daß in Einfalls­ richtung des äußeren Lichtes nach Maßgabe der Dicke der Filmschicht der Gehalt des ersten Bestandteils allmählich abnimmt und der Gehalt des zweiten Bestandteils allmählich zunimmt.
6. Filmschicht nach Anspruch 1, welche auf einem Sub­ strat niedergeschlagen ist, das einen Brechungsindexunter­ schied von weniger als oder gleich 0,5 zum Brechungsindex einer Außenfläche der Filmschicht hat, die mit dem Substrat in Kontakt steht.
7. Filmschicht nach Anspruch 1, welche weiterhin eine dielektrische Schicht aufweist, die aus wenigstens einem dielektrischen Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus SiOx (x < 1), MgF2, CaF2, Al2O3, SnO2, In2O3 und Indiumzinnoxid (ITO) besteht.
8. Filmschicht nach Anspruch 7, bei der die dielektri­ sche Schicht zwischen dem Substrat und der Übergangsschicht so niedergeschlagen ist, daß sie mit dem Substrat in Kontakt steht.
9. Filmschicht nach Anspruch 8, bei der der Unter­ schied im Brechungsindex zwischen der dielektrischen Schicht und dem Substrat kleiner als oder gleich 0,5 ist.
10. Filmschicht nach Anspruch 1, welche weiterhin eine leitende Schicht aufweist, die wenigstens ein Metallelement umfaßt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht.
11. Filmschicht nach Anspruch 10, bei der die leitende Schicht auf einer Außenfläche ausgebildet ist, die der Au­ ßenfläche gegenüberliegt, an der die Übergangsschicht mit dem Substrat in Kontakt steht.
12. Filmschicht nach Anspruch 8, welche weiterhin eine leitende Schicht aufweist, die wenigstens ein Metallelement umfaßt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Vandium (V), Aluminium (Al), Gold (Ag), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zink (Zn), Zirkon (Zr), Wolfram (W) und Tantal (Ta) besteht, wobei die leitende Schicht an einer Außenfläche ausgebildet ist, die der Außen­ fläche gegenüberliegt, an der die Übergangsschicht die di­ elektrische Schicht kontaktiert.
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