[發明專利]氧化鋅錫薄膜及制備方法、薄膜晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201210207834.0
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103510086A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 邱勇;趙云龍;段煉
• 申請（專利權）人: 昆山維信諾顯示技術有限公司;清華大學;北京維信諾科技有限公司
• 主分類號: C23C26/00
• 分類號: C23C26/00;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 彭秀麗

技術領域

本發明涉及薄膜晶體管領域，尤其涉及一種應用于晶體管的溶液法制備氧化鋅錫薄膜的方法，還涉及應用該制備方法制備的氧化物半導體薄膜，以及應用該氧化物半導體薄膜的薄膜晶體管，還包括所述薄膜晶體管的制備方法。

背景技術

相比于傳統的非晶硅材料以及有機半導體材料，氧化物半導體材料，因其較高的載流子遷移率、透明性、熱穩定性、環境穩定性、原料易得、制備成本低等優點而備受關注。近10年來，基于氧化物半導體材料的薄膜晶體管相關研究取得了非常大的技術進步，部分性質優異的氧化物半導體材料，如氧化銦鎵鋅（IGZO），已經在實際生產中得到廣泛的應用。因其較高的載流子遷移率和穩定性，采用IGZO等氧化物半導體制備的薄膜晶體管作為驅動裝置已經實現了對有源顯示設備（如有源矩陣有機發光二極管面板，AMOLED）的驅動，部分替代了基于硅半導體材料的晶體管驅動。在AMOLED中，采用透明氧化物半導體薄膜晶體管作為像素開關，將大大提高有源矩陣的開口率，從而提高亮度，降低功耗和減小工藝復雜性。同時，可以應用于未來AMOLED的柔性顯示。因而，氧化物薄膜晶體管得到了重視和廣泛關注。

基于日本著名學者H.Hosono的理論，氧化物半導體中金屬離子的ns軌道成球狀對稱結構，不受限于空間排列，可以實現較大程度上的原子軌道交疊，為載流子的有效傳輸提供了通道。這種電子結構，十分有利于n型載流子的傳輸。這同時也提供了氧化物半導體材料可作為有源層應用于n型薄膜晶體管的理論依據。圖1為n型半導體薄膜晶體管的工作原理示意圖。

常用于制備氧化物半導體的金屬元素包括Zn，Ga，In，Sn等，其中In和Ga的儲量并不豐富，原料成本較高；單純的氧化鋅薄膜，因為僅含有半徑較小的4s軌道，交疊不夠充分，其載流子遷移率較其他氧化物半導體低，其晶體管性能受到限制。而氧化鋅錫薄膜具有原料豐富易得，透明度高（帶隙為3.1至3.4eV），載流子傳輸性能好等優點。因此，不含In、Ga的氧化鋅錫薄膜，越來越受到重視，是最有應用前景的氧化物半導體之一。

目前在薄膜晶體管中應用的氧化鋅錫薄膜大多需要依托真空技術來制備，最常見的制備方法為射頻磁控濺射法。這種需要大型真空設備的制備方法大大的增加了氧化物薄膜制備的成本，增加了大尺寸制備電子器件以及顯示設備的難度和可行性，增加了相關生產制備的能耗。而近十年中新興起的采用溶液方法制備氧化物薄膜的技術可以克服以上缺點。目前，較為成熟的溶液法工藝包括旋轉涂布，噴墨打印，熱噴涂分解，浸漬提拉等類別。

例如，現有技術中公開了一種氧化鋅錫薄膜的制備方法（Zhao,Y.L.,Duan,L.A.,Qiao,J.A.,Zhang,D.Q.,Dong,G.F.,Wang,L.D.,and?Qiu,Y.(2011).Preparation?and?properties?of?solution-processed?zinc?tin?oxide?films?from?a?new?organic?precursor.Sci?China-Chem?54,651-655.），該方法采用2-乙基己酸亞錫作為錫的前驅體、醋酸鋅作為鋅的前驅體，二乙醇胺為助溶劑，乙二醇單甲醚（methoxyethanol）為溶劑，形成前驅體溶液，經旋涂成膜后，經退火程序得到氧化鋅錫薄膜，該退火程序為在450℃下退火2小時或者按照以下退火程序退火：從20℃經15min線性升溫至150℃，并在150℃保溫10min，再從150℃經20min線性升溫至450℃，在450℃恒溫處理120min。該現有技術表明，該前驅體溶液應用于溶液法制備氧化物薄膜，具有溶解性好，成膜工藝簡單，所制備薄膜具有形貌平整等優點。但是申請人研究發現使用該薄膜制備的薄膜晶體管的性能并不理想，器件性能較低，載流子遷移率僅為1.1cm²V^-1s^-1。這是因為氧化鋅錫的自身性質，導致其形成的氧化鋅錫薄膜有較高的羥基缺陷和較低的氧空位，采用該現有技術的熱處理程序，所得薄膜為均一的無定形氧化鋅錫，高的羥基缺陷和較低的氧空位均勻的存在于形成的氧化鋅錫薄膜中，而較高的羥基缺陷和較低的氧空位導致氧化鋅錫薄膜的載流子濃度較低，從而使得制備出的薄膜晶體管的載流子遷移率低。

發明內容

本發明解決的技術問題是現有技術中采用2-乙基己酸亞錫為錫的前驅體材料制備的氧化鋅錫薄膜形成的薄膜晶體管的載流子遷移率較低的問題，進而提供一種溶液法制備氧化鋅錫薄膜的方法。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案如下：