[發明專利]一種氫鈍化氧化鋅基雙溝道層薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201510866302.1
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105355663A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 廖蕾;阿布來提·阿布力孜;劉傳勝;郭太良
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/34;H01L29/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發明公開了一種氫鈍化氧化鋅基雙溝道層薄膜晶體管及其制備方法。本發明的薄膜晶體管以氫等離子體鈍化處理的氧化鋅超薄層和純氧化鋅厚層為雙溝道層，其制備方法為：以生長有一層二氧化硅的硅片為基底，對純氧化鋅靶材進行射頻磁控濺射，同時通過掩膜板沉積在基底上形成的純氧化鋅超薄層；對純氧化鋅超薄層進行原位氫等離子體處理，然后繼續沉積純氧化鋅厚層；再采用直流濺射掩膜板沉積制備Al電極得到氫鈍化氧化鋅基雙溝道層薄膜晶體管。本發明通過氫鈍化氧化鋅超薄層來提高載流子濃度，純氧化鋅厚層來調節器件的閾值電壓。本發明的薄膜晶體管具有電子遷移率較高、亞閾值擺幅低、電學穩定性好，開關比高等優點；其制備工藝簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于納米材料與納米器件領域，具體涉及一種氫鈍化氧化鋅基雙溝道層薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著電子器件領域的發展與信息時代的到來，顯示屏、柔性電子紙正加速向平板化、節能化的方向發展，而且隨著透明顯示、柔性顯示的需求，未來整個顯示產業將繼續保持高速增長。作為平板顯示的核心元件——薄膜晶體管，其性能的好壞直接決定了顯示效果的優劣。薄膜晶體管是一種場效應半導體器件，包括襯底、半導體溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個重要組成部分，其中半導體溝道層對器件性能至關重要。

目前，對于商用的薄膜晶體管的半導體溝道層主要采用氫化非晶硅和多晶硅材料。非晶硅的特點是均勻性好，適用于大面積制備，但是其遷移率很低，一般小于1cm2/V·s，明顯阻礙了薄膜晶體管性能的進一步提升。多晶硅薄膜晶體管的遷移率有所提高，但其制備溫度高。特別是，大面積顯示器等領域的應用，傳統硅基材料的薄膜晶體管背板已經無法滿足驅動現代顯示器件的要求。此外，非晶硅和多晶硅薄膜晶體管都對光敏感，穩定性差，光照條件下器件性能會發生很大變化。因此，在平板顯示中需要提高薄膜晶體管的性能與穩定性，而且需要降低制備成本與簡化制備工藝。

為了進一步提高薄膜晶體管的電學性能與穩定性，以及大規模應用在平板顯示器與提高顯示器的像素、亮度等問題，近年來納米材料與透明電子器件領域一波浪潮的興起。透明電子學將發展成一個效率更高、價格更便宜的新興電子行業，它的應用范圍相當廣泛，包括平板顯示器、手機顯示屏、柔性電子紙等多方面領域。氧化鋅材料具有很多優點：易于制備，利用磁控濺射法、金屬有機化學氣相沉積法、溶膠凝膠法等方法都可以制備出性能優良的氧化鋅材料；制備或處理溫度低，可以控制在500℃以內，以便用于在玻璃襯底上；透明度高，氧化鋅是寬禁帶材料，禁帶寬度約為3.37eV，在可見光范圍內是透明的。除此之外，氧化鋅的電學性能與遷移率遠高于非晶硅；環保、低廉材料，氧化鋅是無毒、無害的環保材料，價格低廉，可以有效降低產品的制造成本，然而氧化鋅基的半導體材料本性有很多缺陷，所以薄膜晶體管的電學性能及穩定性受到限制而尚需進一步改善。氫鈍化處理是提高硅基薄膜晶體管性能常見的工藝方法，但在氧化鋅基單溝道層薄膜晶體管制備中卻使器件電學性能易惡化且熱穩定性變差。因此，合理的設計氫鈍化以及雙溝道層工藝應用在改善氧化鋅基薄膜晶體管，使其既能提高器件的電學性能又能提高穩定性對于氧化鋅基薄膜晶體管的進一步擴展商業應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點與不足，提供一種工藝簡單、載流子遷移率高、穩定性好的氫鈍化氧化鋅基雙溝道層薄膜晶體管及其制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：