用于点束和线束结晶的系统和方法技术方案

用于结晶薄膜的方法和系统提供了光学系统，所述光学系统被配置为产生指向所述薄膜的激光点束并且在所述激光点束与所述薄膜接触之前截断所述激光点束。在照射所述薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，所截断的激光点束在第一方向中连续地平移，其中所述薄膜冷却并且凝固以形成晶粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于点束和线束结晶的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求在35U.S.C.§119(e)下的2018年8月14日提交的标题为“TECHNIQUESFORTHINFILMCRYSTALLIZATIONUSINGTRUNCATEDLASERBEAM”的美国临时专利申请号62/718,483以及2017年10月13日提交的标题为“TECHNIQUESFOROPTIMIZINGSPOTBEAMCRYSTALLIZATION”的美国临时专利申请号62/571,872的优先权，其中两个申请的内容全部通过引用并入本文。本申请还与2017年1月9日提交的国际专利申请号PCT/US2017/012716和2017年1月13日公开的国际专利申请号WO/2017/120584标题为“MethodsandSystemsforSpotBeamCrystallization”相关，其内容全部通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于点束和线束结晶的方法和系统，并且尤其涉及用于优化点束结晶的技术。
技术介绍
薄膜(例如硅膜)可以使用激光控制的照射和薄膜熔化来处理。激光控制的熔化可以在薄膜中生成所选的结晶结构。以前的激光结晶方法包括顺序横向固化(“SLS”)和准分子激光退火(“ELA”)。这两种方法都依赖于在继续处理薄膜之前的一个熔化和固化的完整循环，例如，在下一个脉冲或一系列脉冲照射薄膜之前，薄膜的先前照射的区域经历完整的熔化和固化循环并且变得完全固化。此外，这些方法可以产生晶粒度(grainsizes)相对较均匀的约0.3至3.0微米的薄膜，这对于每英寸约300至500像素的显示器和移动设备来说是足够的。下一代设备，包括用于虚拟现实观看的设备，每英寸需要远远更高的像素(例如，每英寸约数千像素)来产生高质量的图像。这要求结晶薄膜具有比以前的ELA和SLS方法中使用长线束能达到的更好的均匀性。此外，以前的工艺涉及具有高激光维护和操作成本的昂贵设备，并且效率不高。
技术实现思路
本公开涉及用于点束结晶技术的方法和系统，其中小激光束点连续地跨薄膜前进以产生持续的完全或部分熔融区域，其在薄膜上平移并结晶以形成均匀的多晶结构或晶粒。根据本公开的各方面，所公开的用于对薄膜结晶的方法可以包括提供薄膜和光学系统的步骤，所述光学系统被配置为产生指向薄膜的激光点束，以及在激光点束与薄膜接触之前截断激光点束。所公开的方法还可以包括以下步骤在照射薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光束，并且允许所照射的非晶硅区域冷却和固化。根据本公开的各方面，截断激光点束的步骤可以包括提供接近掩模，其大致降低了激光点束的能量密度，其中接近掩模可以包括例如刀锋或狭缝中的一者。根据本公开的各方面，截断激光点束可以导致在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡激光点束的一部分。根据本公开的各方面，截断激光点束可以包括提供投影掩模和投影光学装置，其在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡激光点束的一部分。根据本公开的各方面，光学系统可以包括恒频激光器、连续波固态激光器、准连续波固态激光器、脉冲激光器和光纤激光器中的一者，并且激光的波长可以在UV光谱或可见光谱中。根据本公开的各方面，激光点束在至少一个方向上的能量密度分布是高斯分布，并且截断激光点束导致消除了高斯分布的前尾端。根据本公开的各方面，光学系统包括激光器，其被配置为将光束指向旋转的扫描镜，以产生朝向薄膜的反射光束。根据本公开的各方面，光学系统可以包括两个激光器，并且可以将两个激光器的输出组合起来产生激光点束。根据本公开的各方面，两个激光器被组合以同时发射或顺序发射，其中顺序发射导致部分重叠发射或完全分离发射。根据本公开的各方面，光学系统可以包括四个激光器，并且可以组合第一激光器和第二激光器的输出，以产生用于照射薄膜的第一区域的激光点束，并且可以进一步组合第三激光器和第四激光器的输出，以产生用于照射薄膜的第二区域的第二激光点束。光学系统可以在用于产生用于照射薄膜的第一区域的激光点束的第一激光器和第二激光器的组合输出与用于产生用于照射薄膜的第二区域的第二激光点束的第三激光器和第四激光器的组合输出之间交替，第二区域与第一区域相邻。根据本公开的各方面，用于对薄膜进行结晶的方法可以包括以下步骤：提供薄膜，将激光束朝向具有第一小平面数的扫描镜反射，以产生指向薄膜的激光点束，以及确定扫描镜的旋转速度和两个连续光束点位置之间的距离，使得第一小平面数与两个连续光束点位置之间的距离的乘积对应于像素距离。根据本公开的各方面，该方法还可以包括以下步骤：在照射薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光束，并且允许所照射的非晶硅区域冷却和固化并且形成晶粒。根据本公开的各方面，用于对薄膜进行结晶的方法可以包括以下步骤：提供薄膜和光学系统，所述光学系统被配置为在可见光谱中产生具有高斯线分布的激光线束，所述激光线束指向所述薄膜。该方法还可以包括以下步骤：在激光点束与薄膜接触之前截断激光线束，以阻挡部分线束，使得能量密度的前边缘实质上减小，并且不会导致以结晶阈值附近的能量密度的非晶硅的结晶，照射薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中产生熔融区域，并且允许所照射的非晶硅区域冷却和固化。根据本公开的各方面，所述激光器可以是绿色激光器或蓝色激光器。根据本公开的各方面，用于对薄膜进行结晶的系统可以包括计算机控制级，其被配置为容纳薄膜，光学系统，其被配置为产生指向薄膜的激光点束，并且在照射薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光点束以及掩模，其被配置为在激光点束与薄膜接触之前截断激光点束。附图说明当结合下面的附图考虑时，可以参考对本专利技术的以下详细描述来更充分地理解本专利技术的各种对象、特征和优点，其中相似的附图标记标识相似的元件。以下附图仅用于说明目的，并不旨在限制本专利技术。图1示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性系统。图2示出了根据本公开的各方面的用于创建具有类似的非均匀性的像素的示例性方法。图3示出了根据本公开的各方面的用于将非均匀性与器件尺寸匹配的示例性方法。图4示出了根据本公开的各方面的用于不同能量密度值的点束结晶的示例性过程。图5A-5B示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性方法。图6A-E示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性方法。图7A-D示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性方法。图8示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性方法。图9示出了根据本公开的各方面的用于点束结晶的示例性方法。具体实施方式已经提出了用于点束结晶的系统(SBC)来解决现有技术结晶技术的不足。所公开的系统和方法提供了用于优化点束结晶的技术。在SBC技术中，小激光束点连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对薄膜进行结晶的方法，所述方法包括以下步骤：/n提供薄膜；/n提供光学系统，所述光学系统被配置为产生指向所述薄膜的激光点束；/n在所述激光点束与所述薄膜接触之前截断所述激光点束；/n在照射所述薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光点束；并且/n允许所照射的非晶硅区域冷却和固化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171013 US 62/571,872;20180814 US 62/718,4831.一种用于对薄膜进行结晶的方法，所述方法包括以下步骤：
提供薄膜；
提供光学系统，所述光学系统被配置为产生指向所述薄膜的激光点束；
在所述激光点束与所述薄膜接触之前截断所述激光点束；
在照射所述薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光点束；并且
允许所照射的非晶硅区域冷却和固化。


2.根据权利要求1所述的方法，其中截断所述激光点束的步骤包括提供降低所述激光点束的能量密度的接近掩模。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述接近掩模包括刀锋或狭缝中的一者。


4.根据权利要求1所述的方法，其中截断所述激光点束的步骤导致在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡所述激光点束的一部分。


5.根据权利要求1所述的方法，其中截断所述激光点束的步骤包括提供投影掩模和投影光学装置，其在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡所述激光点束的一部分。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学系统包括恒频激光器、连续波固态激光器、准连续波固态激光器、脉冲激光器和光纤激光器中的一者。


7.根据权利要求6所述的方法，其中激光的波长在UV光谱或可见光谱中。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述激光器是绿色激光器或蓝色激光器。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光点束在至少一个方向上的能量密度分布是高斯分布，并且截断所述激光点束导致消除了所述高斯分布的前尾端。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学系统包括激光器，其被配置为将光束指向旋转的扫描镜，以产生朝向所述薄膜的反射光束。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学系统包括两个激光器，并且被配置为将所述两个激光器的输出组合以产生所述激光点束。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述两个激光器被组合以同时发射或顺序发射，其中所述顺序发射导致部分重叠发射或完全分开发射。


13.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学系统包括四个激光器，并且被配置为组合第一激光器和第二激光器的输出以产生用于照射所述薄膜的第一区域的激光点束，并且组合第三激光器和第四激光器的输出以产生用于照射所述薄膜的第二区域的第二激光点束。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述光学系统被配置为在用于产生用于照射所述薄膜的第一区域的激光点束的所述第一激光器和所述第二激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·S·尹，潘文凯，宋若冰，崔寅成，弗农·王，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：美国;US