抗反射结构及其制造方法技术

一种抗反射结构，其包括基板以及渐变膜。渐变膜具有金属掺杂的氟氧化硅且配置于基板上。渐变膜的硅：金属原子比自渐变膜的表面往基板逐渐降低。渐变膜的硅：金属原子比为大于约1：1至小于约10：1。另提出一种抗反射结构的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体结构及其制造方法，且特别是涉及一种抗反射结构及其制造方法。
技术介绍
抗反射(antireflective或anti-reflection，AR)结构是一种应用在各种光学装置表面的结构，其目的是要降低反射，以提升光的利用效率。前述光学装置的涵盖范围相当广泛，自眼镜镜片、望远镜镜片等光学透镜至太阳能电池等光电转换装置都可能需要抗反射结构。降低玻璃反射率一直是研发的重要课题。在太阳能电池模组玻璃上，若可降低反射率3％，其模组输出功率则可直接提升将近3％。在显示屏幕上，若可降低其覆盖玻璃的反射率，更可直接提升视觉观看品质。然而，降低反射率的方法不外乎是于玻璃表面上镀制一层低折射率膜层，或是利用纳米结构形成低等效折射率薄层。此外，抗反射结构在所有的产品应用都是处于最外层，因此结构的硬度、强度与化学稳定性也相当重要，现有的氟氧化硅薄膜通过本专利技术的金属掺杂与调控将可大幅提升其性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种抗反射结构及其制造方法，可以制备出具有低折射率、高硬度与高化学稳定性的渐变膜。本专利技术提供一种抗反射结构，其包括基板以及渐变膜。渐变膜具有金属掺杂的氟氧化硅且配置于基板上。渐变膜的硅：金属原子比自渐变膜的表面往基板逐渐降低。渐变膜的硅：金属原子比为大于约1：1至小于约10：1。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的硅：金属原子比为约1.1：1至8：1。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜呈非晶态。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的孔隙率低于约20％。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的铅笔硬度为约3H或更高。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的厚度为约20纳米至300纳米。在本专利技术的一实施例中，上述抗反射结构于633纳米的波长的等效折射率为约1.45或更低。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的氟：金属原子比自渐变膜的表面往基板逐渐降低。在本专利技术的一实施例中，上述基板的材料包括玻璃。在本专利技术的一实施例中，上述金属包括IA族金属、IIA族金属、IIIA族金属或其组合。本专利技术另提出一种抗反射结构的制造方法。所述方法包括：形成金属盐类、氢氟酸及氟离子稳定剂的第一溶液；形成含有机硅的第二溶液；将第一溶液与第二溶液混合并涂布于基板上，干燥后形成分层膜；以及对分层膜进行退火，以形成具有金属掺杂的氟氧化硅的渐变膜。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的硅：金属原子比自渐变膜的表面往基板逐渐降低，且渐变膜的硅：金属原子比为大于约1：1至小于约10：1。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的金属浓度自渐变膜的表面往基板逐渐降低，且渐变膜的硅：金属原子比为约1.1：1至8：1的范围内。在本专利技术的一实施例中，上述金属盐类包括IA族金属、IIA族金属、IIIA族金属或其组合的盐类化合物。在本专利技术的一实施例中，上述氟离子稳定剂包括四氟化物、六氟化物或可形成四氟化物、六氟化物的盐类或是酸类。在本专利技术的一实施例中，上述有机硅的结构为Si(OR)4，且R包括碳数为1～4的直链或支链烷基。在本专利技术的一实施例中，上述退火的处理温度为50℃至400℃。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜呈非晶态。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的孔隙率低于约20％。在本专利技术的一实施例中，上述渐变膜的氟：金属原子比自渐变膜的表面往基板逐渐降低。基于上述，本专利技术利用简单的一次涂布即可达成渐变折射率结构，形成硬度为3H以上、折射率为1.45以下、孔隙率为20％以下的非晶态薄膜。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特列举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。【附图说明】图1是依照本专利技术一实施例所绘示的一种抗反射结构的制造方法的流程图。图2A至2B是依照本专利技术一实施例的一种抗反射结构的制造方法的剖面示意图。图3是本专利技术实例1及比较实例1的抗反射膜混和溶液在不同放置时间后，经喷涂成膜的硬度变化曲线图。图4A是本专利技术实例1的抗反射结构的XPS元素纵深分布(XPSdepthprofile)图。图4B是本专利技术实例1的抗反射结构的深度vs.Si/Mg原子比例的变化趋势图。图4C是本专利技术实例1的抗反射结构的深度vs.F/Mg原子比例的变化趋势图。图5是本专利技术实例1的抗反射结构的表面AFM影像。图6是本专利技术实例1的抗反射结构的XRD绕射图谱。图7是本专利技术实例1的抗反射结构的FTIR图谱。图8为本专利技术实例1的抗反射结构的剖面TEM影像。图9为具有不同硅：镁原子比的薄膜的硅硼玻璃基板经耐候性测试前后的穿透率变化的矩形图。【附图标记说明】10：基板20：下层膜30：上层膜40：分层膜50：渐变膜50-1、50-2、50-3、50-4、50-5、50-6：子层100～108：步骤【具体实施方式】图1是依照本专利技术一实施例所绘示的一种抗反射结构的制造方法的流程图。图2A至2B是依照本专利技术一实施例的一种抗反射结构的制造方法的剖面示意图。本专利技术通过控制有机硅与金属盐的键结特性，进而形成一种成分渐变分布的低折射率与高硬度材料。请参照图1，在步骤100中，形成含金属盐类、氢氟酸及氟离子稳定剂的第一溶液。具体而言，将金属盐类溶于溶剂中，并且添加氢氟酸形成含有F-M-OH与M(OH)2键结基团的溶液，其中M表示金属离子。所述M包括IA族金属、IIA族金属、IIIA族金属或其组合。在一实施例中，所述M包括Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Al或其组合。金属盐类包括IA族金属、IIA族金属、IIIA族金属或其组合的盐类化合物。在一实施例中，金属盐类例如是氯化锂、醋酸锂、硝酸锂、氯化镁、醋酸镁、硝酸镁、氯化钙、醋酸钙、硝酸钙、氯化铝、醋酸铝或其组合。溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇或其组合。接着，添加氟离子稳定剂至含有F-M-OH与M(OH)2键结基团的溶液，以形成第一溶液。氟离子稳定剂包括四氟化物、六氟化物或可形成四氟化物、六氟化物的盐类或是酸类。在步骤102中，形成含有机硅的第二溶液。有机硅的结构为Si(OR)4，且R包括碳数为1～4的直链或支链烷基。在一实施例中，有机硅例如是正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate；TEOS；Si(OC2H5)4)。具体而言，将Si(OR)4溶入溶剂之中，并调节pH值使其部分水解形成Si(OR)4-n(OH)n(其中n为正整数)，以形成第二溶液中含有的Si(OR)4与Si(OR)4-n(OH)n基团。溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇或其组合。在步骤104中，将第一溶液与第二溶液混合并涂布于基板上，干燥后形成分层膜。具体而言，将第一溶液与第二溶液混合，由于具有氟离子稳定剂因此可有效避免游离的氟离子加速Si(OR)4水解并形成Si(OR)4-x(F)x(其中x为正整数)。以此方式，含有F-M-OH键结的溶液则可与一部分Si(OR)4-n(OH)n反应形成Si(OR)4-m(O-M-F)m(其中m为正整数)，而另一部分Si(OR)4-n(OH)n与Si(OR)4保持在溶液中。因此，将第一溶液与第二溶液混合之后，将形成M(OH)2、Si(OR)4-n(OH)n、Si(OR)4、Si(OR)4-m(O-M-F)m四组主要成分，并且在干燥过程中，富含OH基的M(OH)2、Si(OR)4-n(OH)n可与玻璃基板更为亲...

【技术保护点】
一种抗反射结构，其特征在于包括：基板；以及渐变膜，其具有金属掺杂的氟氧化硅且配置于所述基板上，其中所述渐变膜的硅：金属原子比自所述渐变膜的表面往所述基板逐渐降低，且所述渐变膜的硅：金属原子比为大于1：1至小于10：1。

【技术特征摘要】
2015.06.24 TW 1041203481.一种抗反射结构，其特征在于包括：基板；以及渐变膜，其具有金属掺杂的氟氧化硅且配置于所述基板上，其中所述渐变膜的硅：金属原子比自所述渐变膜的表面往所述基板逐渐降低，且所述渐变膜的硅：金属原子比为大于1：1至小于10：1。2.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜的硅：金属原子比为1.1：1至8：1。3.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜呈非晶态。4.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜的孔隙率低于20％。5.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜的铅笔硬度为3H或更高。6.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜的厚度为20纳米至300纳米。7.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述抗反射结构于633纳米波长的等效折射率为1.45或更低。8.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述渐变膜的氟：金属原子比自所述渐变膜的表面往所述基板逐渐降低。9.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述基板的材料包括玻璃。10.如权利要求1所述的抗反射结构，其中所述金属包括IA族金属、IIA族金属、IIIA族金属或其组合。11.一种抗反射结构的制造方法，其特征在于包括：形成含金属盐类、氢氟酸及氟离子稳定剂的第一溶液；形成含有机硅的第二溶液；将所述第一溶液与所述第二溶液混合并...

【专利技术属性】
技术研发人员：游胜闵，孙文檠，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71