[發明專利]一種摻鉭氧化物半導體材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110335489.4
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102420289A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 蘭林鋒;彭俊彪;王磊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州新視界光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/30
• 分類號: H01L51/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及一種半導體材料，尤其是摻鉭氧化物半導體材料，該材料作為薄膜晶體管的溝道層材料可以應用在有機發光顯示(OLED)、液晶顯示(LCD)、電子紙顯示等領域，也可以用于集成電路領域。

背景技術

近年來，在平板顯示尤其是在有機電致發光顯示(OLED)領域，基于氧化物半導體的薄膜晶體管越來越受到重視。目前用在平板顯示的薄膜晶體管的半導體溝道層的材料主要是硅材料，包括非晶硅(a-Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅薄膜晶體管具有對光敏感、遷移率低(＜1cm²/Vs)和穩定性差等缺點；多晶硅薄膜晶體管雖然具有較高的遷移率，但是由于晶界的影響導致其電學均勻性差，且多晶硅制備溫度高和成本高，限制了其在平板顯示中的應用；微晶硅制備難度大，晶?？刂萍夹g難度高，不容易實現大面積規模量產?；谘趸锇雽w的薄膜晶體管具有載流子遷移率較高(1～100cm²/Vs)、制備溫度低(＜400℃，遠低于玻璃的熔點)、對可見光透明等優點，在平板顯示的TFT基板領域，有替代用傳統硅工藝制備的薄膜晶體管的發展趨勢。

氧化物半導體材料主要包括氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)等。其中，ZnO的遷移率較低，如果制備成遷移率較高的多晶的ZnO薄膜，則需要較高的溫度，但多晶的ZnO薄膜的均勻性和穩定性較差；IZO的熱處理溫度比較低，遷移率較高，但基于IZO的薄膜晶體管的穩定性不足，閾值電壓較負，亞閾值擺幅較大。因此一般需要在IZO中摻入其它的元素以抑制閾值電壓的漂移，但是摻入這些元素又會使電子遷移率大大降低。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種摻鉭氧化物半導體材料及其制備方法，這種材料通過在氧化鋅基材料中引入新的摻雜物鉭，可以提高遷移率，并提高穩定性；本發明的另一目的是提供利用該摻鉭氧化物半導體材料作為溝道層的薄膜晶體管的應用，這種薄膜晶體管的有源層與絕緣層之間具有良好的接觸，具有遷移率高、穩定性好的優點。

本發明目的通過如下技術方案實現：

一種摻鉭氧化物半導體材料，由氧化鋅基材料和鉭(Ta)組成。

優選地，所述的氧化鋅基材料的化學式為(Al_xIn_yZn_1-x-y)O，其中0≤x≤0.2，0.3≤y≤0.6。當x＝0時，所述的氧化鋅基材料即為氧化銦鋅(IZO)。

優選地，所述鉭的原子數與鋁、銦和鋅三種元素的總原子數的比例大于等于0.01、小于等于0.2，即0.01≤Ta/(Al+In+Zn)≤0.2。Ta的比例越高，材料的本征載流子濃度越低，用其作為溝道層的薄膜晶體管(TFT)的關態電流(I_off)越低，開關比越高，但遷移率也會隨之降低，因此Ta的比例不能太高，應小于0.2。

所述摻鉭氧化物半導體材料的制備方法，采用共濺射的方法制備，其步驟如下：

將Ta₂O₅、Al₂O₃、In₂O₃以及ZnO四種原料分別制備成四個靶材安裝在四個不同靶位上同時濺射，通過調節不同靶位的濺射功率來控制所制備材料中各原子的比例；或者先將Al₂O₃、In₂O₃以及ZnO三種原料按所述原子數比例制備成一個靶材，然后將其與Ta₂O₅靶材安裝在不同靶位上同時濺射，通過調節不同靶位的濺射功率來控制各材料的比例。

所述摻鉭氧化物半導體材料的制備方法，采用直接濺射的方法制備，其步驟如下：

將Ta₂O₅、Al₂O₃、In₂O₃以及ZnO四種原料按所述原子數比例制備在同一個靶材上進行濺射。

所述的摻鉭氧化物半導體材料應用于制備薄膜晶體管(TFT)，這種TFT可以用以驅動LCD或OLED。

所述薄膜晶體管的制備方法包括如下步驟：

(1)在玻璃基板上通過濺射的方法制備一層厚度為100～500nm的柵極材料的薄膜，通過掩?；蚬饪痰姆椒▓D形化，得到柵極；

(2)在柵極之上通過陽極氧化或化學氣相沉積或濺射的方法制備絕緣層，厚度為100～1000nm，通過掩模或光刻的方法圖形化；