[發明專利]用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410270566.6
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104022159B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 呂建國;江慶軍;孫汝杰;閆偉超;楊振輝;葉志鎮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;C23C14/08;C23C14/34
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙)33231
• 代理人: 張宇娟

技術領域

本發明涉及一種非晶氧化物薄膜及其制備方法，尤其涉及一種用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著信息時代的到來，顯示器件加速向平板化、節能化的方向發展，其中以薄膜晶體管(TFT)為開關元件的有源陣列驅動顯示器件在眾多平板顯示技術中脫穎而出,自然地，TFT也成為微電子特別是顯示工程領域的核心技術之一。TFT是一種場效應半導體器件，包括襯底、溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個重要組成部分，其中溝道層的性能和制造工藝對TFT最終的性能有至關重要的影響。

隨著非晶硅(α-Si)和多晶硅摻雜技術的發展，近十多年來，以非晶硅或多晶硅材料制作溝道層的TFT為驅動單元的液晶顯示器件獲得了迅速發展，并成為當前市場主流的信息顯示終端。然而，非晶硅存在場效應遷移率低、光敏性強、材料不透明致其顯示屏像素開口率低等缺點，而多晶硅TFT存在大面積制作工藝復雜、低溫工藝難以實現、制作成本高以及器件均勻性差等缺點。

因此，近年來，尋求制作具有高遷移率、高性能、且制作成本低的TFT成為滿足平板顯示器進一步發展的研究熱點，研究比較熱門的是以并五苯等有機半導體材料為溝道層的有機薄膜晶體管(OTFT)和以氧化物半導體薄膜為溝道層的TFT。OTFT具有加工溫度低、工藝過程簡單等優點，但是，目前報道的OTFT的遷移率較低(一般低于1cm²V^-1S^-1)，且有一個致命缺點就是OTFT的壽命低,存在嚴重的老化問題。而以氧化物半導體薄膜為溝道層的TFT具有較高的遷移率和較大的電流開關比，能夠提高顯示器的響應速度，滿足高清晰、大容量終端顯示的要求；另外氧化物薄膜在可見光范圍有較高的透過率，用在有源陣列驅動液晶顯示中，可以提高液晶顯示器的開口率，使顯示器屏幕更清晰明亮并降低能耗。

基于氧化物半導體薄膜應用于TFT溝道層的這些優點，最近我國、日本以及韓國多個課題組均在致力于氧化物半導體薄膜為溝道層的TFT的研究，目前研究較為成熟的為非晶InGaZnO薄膜制作溝道層的TFT，但是這種TFT含有In和Ga這兩種價格昂貴的稀有元素，尤其是In元素，在地球的儲量極少，且都是作為Zn、Sn等元素的伴生礦而存在，開采十分困難，且目前In大量用于透明導電薄膜ITO中，更加速了In的消耗，有研究者預測在未來幾十年內，In資源就會枯竭；另外，目前研究中，作為TFT溝道層應用的非晶InGaZnO薄膜的制備方法多采用物理沉積方法如磁控濺射、脈沖激光沉積以及分子束外延等，這些制備方法非常的昂貴，也使制得的TFT工業成本居高不下。

發明內容

為克服現有技術中的問題，本發明提供了一種用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜及其制備方法；本發明提供的用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜相對于目前研究的OTFT具有高的遷移率特點，且不含有非晶InGaZnO薄膜中昂貴的In、Ga元素；且制備工藝簡單、制作成本低。

本發明制備的用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜，其特征在于：所述非晶氧化物薄膜的化學式為Zn₄Al_xSn₇O_1.5X+18，其中：0≦x≦0.5。

進一步，該用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜，其特征在于：所述非晶氧化物薄膜的物理特性如下：

表面粗糙度RMS小于5nm；

載流子濃度10¹⁴～10¹⁷cm^-3；

閾值電壓為-4～3V；

遷移率為2～10cm²V^-1S^-1；

透過率>80％。

本發明還提供所述用作薄膜晶體管溝道層的非晶氧化物薄膜的制備方法，其步驟如下：

(1)將稱量好的Zn(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O及SnCl₂+NH₄NO₃分別溶解于二甲氧基乙醇、乙酰丙酮以及氨水組成的混合溶液中，配成前驅體溶液，并在常溫～50℃下攪拌6～24h，經過過濾后按照Zn:Al:Sn＝4:x:7比例混合均勻，其中：0≦x≦0.5，陳化4～24h；