[發(fā)明專利]一種具有電致變色特性的雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410313635.7
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104051543A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭立強(qiáng);丁建寧;凌智勇;程廣貴;張忠強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/51
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜晶體管及電致變色電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特指一種電致變色雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)

薄膜晶體管是一種半導(dǎo)體薄膜、薄膜電極和柵絕緣層組成的場效應(yīng)器件，它利用電場來調(diào)控半導(dǎo)體材料的費(fèi)米能級位置進(jìn)而調(diào)控其導(dǎo)電能力，因此可作為有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管和薄膜晶體管液晶顯示器等的驅(qū)動電路核心部件；傳統(tǒng)非晶硅薄膜的載流子遷移率較低，很難提供發(fā)光器件所需的較大驅(qū)動電流；多晶硅薄膜存在晶間間界，晶粒尺寸大小不一等問題，導(dǎo)致多晶硅薄膜晶體管均勻性差，且制備成本高；有機(jī)晶體管技術(shù)尚不成熟，其載流子遷移率、穩(wěn)定性等問題還需要進(jìn)一步考慮；近年來，寬帶隙氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管具有高遷移率、低溫工藝、與柔性襯底兼容性好且能大面積生產(chǎn)、低成本等優(yōu)勢，在智能卡、電子標(biāo)簽、電子紙、存儲器、傳感器和有源矩陣顯示器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，因而引起了國內(nèi)外專家們極大的研究興趣，寬帶隙氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管通常需要比較大的工作電壓才能獲得高的輸出電流與高遷移率；因此尋求新型的低壓薄膜晶體管已經(jīng)成為近幾年的研究熱點(diǎn)之一；低壓工作的氧化物薄膜晶體管可有效減少器件及電路等的功率損耗，在便攜式微電子學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

雙柵絕緣薄膜晶體管具有可控的閾值電壓調(diào)節(jié)特性，傳統(tǒng)雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管都是基于一種典型的三明治結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體溝道被兩層?xùn)沤橘|(zhì)夾在中間，實(shí)質(zhì)上可認(rèn)為是一個底柵晶體管和頂柵晶體管的共同溝道復(fù)合晶體管，制備這種器件需多步的薄膜沉積工藝以及精準(zhǔn)的對準(zhǔn)光刻技術(shù)；與此同時，電致變色材料在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱的擴(kuò)散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源；同時起到改善自然光照程度、防窺的目的；也可解決現(xiàn)代不斷惡化的城市光污染問題，是節(jié)能建筑材料的一個發(fā)展方向；電致變色器件是通過外加電場作用實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示，其典型雙變色材料層器件結(jié)構(gòu)從下至上分別為：玻璃或透明基底材料、透明導(dǎo)電層、離子存儲層、電解質(zhì)層、電致變色層、透明導(dǎo)電層；器件工作時，在兩個透明導(dǎo)電層之間加上一定的電壓，電致變色層材料在電壓作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，顏色發(fā)生變化；而電解質(zhì)層則由特殊的導(dǎo)電材料組成，如包含有高氯酸鋰、高氯酸納等的溶液或固體電解質(zhì)材料；離子存儲層在電致變色材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)時起到儲存相應(yīng)的反離子，保持整個體系電荷平衡的作用，離子存儲層也可以為一種與前面一層電致變色材料變色性能相反的電致變色材料，這樣可以起到顏色疊加或互補(bǔ)的作用；如：電致變色層采用的是陽極氧化變色材料，則離子存儲層可采用陰極還原變色材料等；將電致變色材料與薄膜晶體管相結(jié)合，獲得具有電致變色特性的薄膜晶體管，將在新一代顯示領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)具有簡單器件工藝的高性能電致變色薄膜晶體管具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電致變色雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管及其制作方法，（1）根據(jù)電致變色原理，在給晶體管施加電壓時，激發(fā)晶體管中氧化鎢產(chǎn)生變色，使晶體管的光透過特性發(fā)生變化的現(xiàn)象設(shè)計(jì)電致變色器件；（2）其中利用二氧化硅的質(zhì)子導(dǎo)電特性作為離子存儲層，為電致變色提供變色所需的質(zhì)子；（3）氧化鎢和二氧化硅均作為薄膜晶體管的柵介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)具有電致變色特性雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管的制作。

本發(fā)明解決其關(guān)鍵問題所采用的技術(shù)方案為：一種具有電致變色特性的雙層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜晶體管，其特征在于：包括由下至上的透明基底材料層、透明導(dǎo)電層、二氧化硅質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層、氧化鎢質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層、溝道層及源漏電極；透明導(dǎo)電層上依次設(shè)有作為質(zhì)子存儲層的二氧化硅質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層和發(fā)生電致變色的氧化鎢質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層；氧化鎢層上設(shè)有溝道層；溝道層上設(shè)有源漏電極。

本發(fā)明以氧化鎢和二氧化硅兩種質(zhì)子導(dǎo)體膜作為薄膜晶體管柵介質(zhì)，如圖1所示，其工作機(jī)制為：在柵電極G施加正向電壓時，質(zhì)子將從二氧化硅質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層遷移到氧化鎢質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層，激發(fā)晶體管中氧化鎢產(chǎn)生變色；在柵電極G施加負(fù)向電壓時，質(zhì)子將從氧化鎢質(zhì)子導(dǎo)體膜移回至二氧化硅質(zhì)子導(dǎo)體柵絕緣層，激發(fā)晶體管中氧化鎢恢復(fù)原有顏色。

所述的透明基底材料層為無色透明玻璃。

所述的透明導(dǎo)電層為ITO層，厚度為60~500nm。

所述的溝道層為IZO、ITO或IGZO，厚度為20~50nm。

所述的源極和漏極采用IZO、ITO或IGZO，厚度為200~500nm。

作為優(yōu)選，所述的氧化鎢薄膜的厚度為300-1000?nm，所述的二氧化硅質(zhì)子導(dǎo)體膜的厚度為500-4000?nm。