[發明專利]一種混合型氧化物薄膜晶體管及其制備方法

無效

• 申請號: 201010111967.9
• 申請日: 2010-02-22
• 公開（公告）號: CN102163691A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 馮佳涵;張群
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 吳桂琴

技術領域

本發明屬于薄膜晶體管器件領域，涉及一種混合型氧化物薄膜晶體管，具體涉及一種以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有機介質層與銦鋅氧化物(IZO)無機溝道層構成的混合型薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

薄膜晶體管(Thin?Film?Transistor，TFT)是由沉積在絕緣襯底上的金屬、半導體、絕緣體等薄膜構成的一種金屬-絕緣體-半導體場效應晶體管，是全薄膜化電路中的一種重要元件。隨著平板顯示的發展，薄膜晶體管(TFT)廣泛應用在有源陣列液晶顯示、靜態隨機存儲器、電可擦除只讀存儲器等領域。

目前，顯示器件中使用的薄膜晶體管主流產品為非晶硅TFT和多晶硅TFT。但是非晶硅TFT的場效應遷移率一般低于1cm²V^-1s^-1，不能滿足快速響應的要求。且非晶硅光敏性強、不透明，為了確保非晶硅TFT的性能，必須增加不透明金屬掩膜板(黑矩陣)對每一像素單元的TFT進行光屏蔽。這使得像素開口率下降，難以滿足高亮和更高清晰度顯示的現代需求，同時增加了TFT-LCD(液晶顯示器)的工藝復雜性，提高了成本。多晶硅TFT大面積制作工藝復雜、均勻性差、低溫工藝難以實現。通常多晶硅TFT有高溫多晶硅(HTPS)和低溫多晶硅(LTPS)兩種制造工藝。其中，HTPS的工藝溫度大于600℃，基板需采用硬質特殊玻璃或石英，成本高；LTPS一般是在非晶硅基礎上通過激光退火等工藝制造的，設備昂貴，工藝難度大。

透明氧化物半導體，如氧化銦、氧化鋅，載流子遷移率高，工藝溫度較低，而且可見光區透明性高。近年來已有以ZnO、In-Ga-Zn-O、In₂O₃等透明氧化物半導體作為溝道層制備薄膜晶體管的研究報道。銦鋅氧化物(In-Zn-O，IZO)是一種很有研究價值的溝道層材料，具有遷移率高、可見光區透明性高、表面平整和可以室溫大面積制備等優良性能。如果在有源矩陣驅動中使用該種氧化物TFT，將有助于滿足響應速度快、亮度高、清晰度高等需求，和提高有源矩陣的開口率，從而提高亮度，降低功耗。

介質層關系到TFT的開關比、閾值電壓和遷移率等重要特性。目前透明氧化物TFT的研究較多采用無機介質層，如等離子體增強化學氣相沉積SiO₂、SiN_x，射頻磁控濺射Y₂O₃，原子層沉積Al₂O₃，反應磁控濺射Ta₂O₅等，大多需要較高的工藝溫度或者昂貴的設備與材料。有報道采用有機絕緣材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于有機TFT研究，它具有較好的透明性、化學穩定性和耐候性，且耐高壓，可卷曲，工藝簡易，成本低廉。

在氧化物TFT制備中引入有機介質層，操作簡易，將適合卷對卷生產的特點，有利于其大面積生產和柔性化的發展。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種混合型氧化物薄膜晶體管，具體涉及一種機介質層和無機溝道層混合型氧化物薄膜晶體管，尤其涉及一種以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為有機介質層和銦鋅氧化物(In-Zn-O，IZO)半導體薄膜作為溝道層的混合型氧化物薄膜晶體管及其制備方法。的混合型氧化物薄膜晶體管電學性能好、整體工藝溫度低、具有柔性和透明電子器件。

具體而言，本發明提供了一種機介質層和無機溝道層混合型氧化物薄膜晶體管，其特征在于，該薄膜晶體管采用有機介質層與無機溝道層的混合結構，由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有機介質層、銦鋅氧化物(IZO)無機溝道層、柵電極、源電極和漏電極組成。

本發明以玻璃為基板，用銦鋅合金或銦鋅氧化物靶材，在室溫條件下利用磁控濺射技術，制備銦鋅氧化物半導體薄膜作為溝道層；用有機物聚甲基丙烯酸甲酯，溶于丙酮，通過浸漬提拉法制備有機介質層；通過真空蒸發法制備柵、源和漏電極。本發明制得的薄膜晶體管具有制備溫度低、載流子遷移率高、溝道層與介質層可見光區透明性高等特性。本發明制得的薄膜晶體管結構和制備方法在平板顯示、柔性和透明電子學等領域具有良好的應用前景。

本發明中，用銦鋅合金或銦鋅氧化物靶材，在室溫條件下利用反應直流磁控濺射技術，使Ar離子濺射靶材，沉積銦鋅氧化物(IZO)半導體薄膜，形成具有非晶結構的銦鋅氧化物半導體薄膜。制得的透明氧化物半導體薄膜厚度為20～150nm。