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[發(fā)明專利]一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201310554881.7 申請日: 2013-11-07
公開(公告)號: CN103560147A 公開(公告)日: 2014-02-05
發(fā)明(設(shè)計)人: 劉萍 申請(專利權(quán))人: 深圳丹邦投資集團有限公司
主分類號: H01L29/24 分類號: H01L29/24;H01L21/203;H01L29/786
代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223 代理人: 江耀純
地址: 518057 廣東省深*** 國省代碼: 廣東;44
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 氮磷氧鋅 薄膜 及其 制備 方法 薄膜晶體管
【說明書】:

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體薄膜的制備,特別是涉及一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管。

背景技術(shù)

在近十幾年的時間中,以硅材料TFT為驅(qū)動單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質(zhì)高等一系列優(yōu)點獲得了迅速發(fā)展,并成為主流的信息顯示終端。然而隨著人們對顯示器件分辨率、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等性能要求的提高,以硅材料為有源層的TFT暴露出一系列的問題,a-Si?TFT背板由于其自身遷移率較低(一般小于0.5cm2/(V·s),無法實現(xiàn)高分辨率顯示;低溫多晶硅(LTPS)TFT技術(shù)生產(chǎn)工藝復(fù)雜,設(shè)備投資高,面板面臨均勻性差、良品率低、生產(chǎn)成本居高不下等難以克服的問題,其在大尺寸FPD顯示領(lǐng)域的進一步發(fā)展受到較大限制。

與目前在液晶顯示器有源驅(qū)動矩陣中廣泛采用的硅TFT相比,氧化物半導(dǎo)體TFT具有如下優(yōu)勢:(1)場效應(yīng)遷移率較高;(2)開關(guān)比高;(3)制備工藝溫度低;(4)可以制作大面積非晶薄膜,均勻性好,具有良好一致的電學(xué)特性;(5)受可見光影響小,比非晶硅薄膜晶體管穩(wěn)定;(6)可以制作成透明器件。在平板顯示領(lǐng)域,氧化物TFT技術(shù)幾乎滿足包括AMOLED驅(qū)動、快速超大屏幕液晶顯示、3D顯示等諸多顯示模式的所有要求。在柔性顯示方面,襯底材料不能承受高溫,而氧化物TFT的制備工藝溫度低,與柔性襯底兼容,因而金屬氧化物TFT具備較大優(yōu)勢。

但在典型的a-IGZO中,大量正離子的隨機分布了形成電子的散射機構(gòu),導(dǎo)致載流子遷移率相對較低。且由于在a-IGZO薄膜中存在大量氧空位,在光照和負偏壓的條件下,其帶隙中施主型氧空位的存在將會導(dǎo)致器件的穩(wěn)定性變差,因此該薄膜晶體管存在穩(wěn)定性問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管,其制作的薄膜晶體管能獲得最大載流子遷移率

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決:

一種氮磷氧鋅薄膜,其組成為ZnxPyO1-x-y-zNz,其中,55%≤x≤65%,1%≤y≤10%,10%≤z≤22%,各原子的原子個數(shù)百分比之和為100%。

優(yōu)選地,59%≤x≤61%,5%≤y≤8%,12%≤z≤15%。

本發(fā)明采用非氧的陰離子代替氧化鋅中氧離子,進而調(diào)整氧化物的價帶,消除氧化物半導(dǎo)體中的氧空位,且由于陽離子幾乎都是Zn2+,不同于傳統(tǒng)的a-IGZO中,存在大量陽離子的隨機分布,降低了載流子傳輸中的勢壘。實驗表明:

含鋅的半導(dǎo)體本質(zhì)上是靠陰離子缺位(缺陷)導(dǎo)電,如果鋅含量少了,導(dǎo)電能力降低,如果鋅含量過高,說明存在大量缺陷,越來越接近導(dǎo)體,性能好的TFT用薄膜需要在這之間找到平衡,獲得導(dǎo)電能力適當,缺陷不太多,本發(fā)明中當原子鋅小于55%時,薄膜的載流子遷移率降低,當原子鋅大于65%時,薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長缺陷。

在濺射過程中,立方形Zn3N2、六角形ZnO和屬于四方晶系的Zn3P2間存在生長競爭關(guān)系,有助于氮氧磷鋅非晶相的形成,然而當?shù)⒘缀繙p小時,薄膜呈現(xiàn)ZnO的多晶結(jié)構(gòu),當氧氣含量減小時,薄膜呈現(xiàn)Zn3N2或Zn3P2的多晶結(jié)構(gòu)。所以,當原子磷小于1%時,薄膜容易形成多晶結(jié)構(gòu),薄膜的缺陷多,當原子磷大于10%時,薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長缺陷,相應(yīng)的薄膜晶體管漏電流大;當原子氮小于10%時,薄膜容易形成多晶結(jié)構(gòu),薄膜的缺陷多,當原子氮大于22%時,薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長缺陷,相應(yīng)的薄膜晶體管漏電流大。

本發(fā)明中的氮磷氧鋅薄膜呈非晶態(tài),其表面平整,采用Accent?HL5500PC型Hall效應(yīng)測試系統(tǒng)測試載流子濃度和Hall遷移率。優(yōu)化條件下的載流子濃度較低~1017cm-3,Hall遷移率達到49cm2/Vs。

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