[發明專利]一種類島狀電子傳輸的薄膜晶體管及制備方法

在審

• 申請號: 201710367112.4
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107425049A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 寧洪龍;曾勇;姚日暉;鄭澤科;章紅科;徐苗;王磊;彭俊彪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/221;H01L29/227;H01L29/24;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于薄膜晶體管技術領域，具體涉及一種類島狀電子傳輸的薄膜晶體管及制備方法。

背景技術

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，簡稱TFT)，是一種用途廣泛的半導體器件，其最重要的用途是在顯示器中用于驅動液晶排列變化、以及驅動OLED像素發光。

薄膜晶體管通過柵極電壓來控制有源層半導體的載流子，從而實現器件的開或關態。當器件處于開態時，高的載流子濃度，有利于填充陷阱態，從而實現高的遷移率。然而，當器件處于關態時，關態電流主要來自：有源層電流和絕緣層漏電流。其中，有源層電流與載流子的濃度成正比。作為有源層材料，過高的載流子濃度會導致關態電流太高，TFT甚至處于一個“always-on”態，無法正常工作。

透明導電氧化物(簡稱，TCO)薄膜具有非常好的透明度和熱穩定性，是非常重要電子器件材料。然而，TCO具有非常高的載流子濃度，難以直接用于有源層。為了解決這個問題，目前主流的方法是，通過重摻雜抑制載流子的元素，來有效的控制載流子濃度。例如，摻雜超過5wt.％Al₂O₃的ZnO。這種方式會增加填隙Al離子，極大的增強雜質離子散射，降低遷移率。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種類島狀電子傳輸的薄膜晶體管。

本發明的另一目的在于提供上述類島狀電子傳輸的薄膜晶體管的制備方法。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種類島狀電子傳輸的薄膜晶體管，由襯底上依次設置的柵極、柵極絕緣層、有源層和源漏電極構成；所述有源層為非連續的類島狀TCO薄膜和低載流子濃度材料薄膜組成的疊層結構，其中低載流子濃度材料薄膜連接相鄰兩個類島狀TCO薄膜，形成一個導電通道。

上述有源層中，類島狀TCO薄膜主要起到載流子施主的作用，而低載流子濃度材料薄膜主要起到連接相鄰兩個島狀，形成一個導電通道。所述的類島狀TCO薄膜的材料為具有高導電性能并且在生長初期以島狀生長為主的TCO材料，而所述低載流子濃度材料為具有低載流子的半導體或者絕緣體。

優選地，所述類島狀TCO薄膜的材料為氧化鋅(ZnO)或摻雜氧化鋅、氧化銦(In₂O₃)或摻雜氧化銦；所述摻雜氧化鋅優選摻鋁氧化鋅(AZO)，所述摻雜氧化銦優選摻錫氧化銦(ITO)。

優選地，所述低載流子濃度材料為Al₂O₃、Ga₂O₃或HfO₂。

上述類島狀電子傳輸的薄膜晶體管的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)室溫下在襯底上用直流磁控濺射沉積柵極；

(2)通過陽極氧化將柵極表面氧化，得到柵極絕緣層；

(3)室溫下通過脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition，簡稱PLD)的方法在柵極絕緣層上表面依次濺射非連續的類島狀TCO薄膜和低載流子濃度材料薄膜，得到有源層；

例如，可采用脈沖激光生長類島狀AZO薄膜和低載流子濃度Al₂O₃薄膜形成AZO/Al₂O₃有源層：先在柵極絕緣層上表面生長一層島狀的AZO薄膜。值得注意的是，AZO薄膜要控制好厚度，避免形成連續薄膜。在激光能量為305mJ，頻率為5Hz，氧壓為10mtorr的工藝參數中，AZO的脈沖數不超過600，獲得的厚度小于6nm，能夠獲得很好的類島狀形貌AZO；對于不同工藝參數，脈沖數應當適當調整以獲得一個類島狀薄膜。然后沉積連續的低載流子濃度Al₂O₃薄膜，其工藝參數可參考AZO，厚度應該盡可能薄，以避免影響接觸特性。

(4)室溫下用蒸鍍方式沉積源漏電極。源漏電極應覆蓋在有源層邊界，避免低載流子濃度材料薄膜影響接觸特性。

上述制備方法中，所述有源層通過脈沖激光沉積方式在室溫制備而成，且后期不需要退火處理。

優選地，步驟(3)中所述脈沖激光沉積的條件為：本底真空度為9×10^-7Torr，采用KrF準分子激光并在波長為248nm、頻率為5Hz的條件下制備。