[發明專利]一種基于準調制摻雜效應的異質結構氧化物薄膜晶體管

有效

• 申請號: 201910087938.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109888019B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 裴艷麗;劉玲
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/267;H01L21/34
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明屬于半導體器件領域，更具體地，涉及一種基于準調制摻雜效應的異質結構氧化物薄膜晶體管；由下至上依次為柵電極、絕緣柵層、異質有源層、源漏電極，所述的異質有源層包括與絕緣層接觸的窄帶隙氧化物半導體層，位于窄帶隙氧化物半導體層上的寬帶隙氧化物半導體層。晶體管的開啟電壓可通過調控寬帶隙層的組分、厚度等參數進行調控，同時，由于準調制摻雜效應，薄膜晶體管的遷移率獲得大幅提高。該發明專利為高性能薄膜晶體管的制備提供了一種新思路。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，更具體地，涉及一種基于準調制摻雜效應的異質結構氧化物薄膜晶體管。

背景技術

薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)是平板顯示行業中一種重要的有源器件，傳統的TFT多為非晶硅TFT或者多晶硅TFT。其中非晶硅TFT的遷移率低，無法滿足OLED的驅動需求，而多晶硅TFT在大屏幕的均勻性上面臨著挑戰。2004年細野秀雄教授團隊發明了非晶銦鎵鋅氧TFT(amorphous InGaZnO,a-IGZO)以來，氧化物晶體管由于其高的遷移率，良好的均一性，對可見光的透過性，及可低溫制備的優點，受到了廣泛的關注和研究，被稱為下一代TFT新技術。隨著顯示技術向著高分辨，大尺寸，及柔性透明的方向發展，如何進一步提高氧化物半導體薄膜晶體管的遷移率及穩定性始終是研究中的重要課題。研究表明氧化物半導體的電輸運模式以滲流導電為主，其遷移率和氧化物半導體的載流子濃度存在正相關性，因此提供更多的載流子濃度是提高遷移率的一個重要途徑。當然，另一方面，背景載流子濃度的提高又會降低晶體管的關態特性。如何提高晶體管的遷移率，又不降低其關態特性，是解決問題的關鍵。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種基于準調制摻雜效應的異質結構氧化物薄膜晶體管，具有準調制摻雜二維電子氣效應，晶體管的開啟電壓可通過調控寬帶隙層的組分、厚度等參數進行調控，由于準調制摻雜效應，薄膜晶體管的遷移率獲得大幅提高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于準調制摻雜效應的異質結構氧化物薄膜晶體管，由下至上依次為柵電極、絕緣柵層、異質有源層、源漏電極，所述的異質有源層包括與絕緣層接觸的窄帶隙氧化物半導體層，位于窄帶隙氧化物半導體層上的寬帶隙氧化物半導體層。

進一步的，所述的窄帶隙氧化物半導體層為氧化銦、氧化鋅的二元氧化物半導體。

進一步的，所述的窄帶隙氧化物半導體層的界面為平整的單晶或多晶結構，厚度小于10nm。

進一步的，所述的寬帶隙氧化物半導體層為鋁銦氧、鋁鋅氧的氧化物半導體，厚度小于5nm。

進一步的，所述的絕緣柵層為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿。

進一步的，所述的源漏電極與寬帶隙半導體層接觸，源漏電極為金屬電極或者ITO透明電極。

在本發明中，有源層為異質結構，其中和絕緣柵層接觸的為窄帶隙氧化物半導體層，提供電子快速傳輸通道，該層可以為氧化銦、氧化鋅等二元氧化物半導體；其厚度小于10nm，以5nm以下為優；寬帶隙氧化物半導體位于窄帶隙氧化物半導體之上，與源漏電極接觸，可以為銦鋁氧，或者鋅鋁氧等三元氧化物半導體；其中鋁的成分和厚度均可調；其厚度以5nm以下為佳；寬帶隙氧化物半導體與窄帶隙氧化物半導體接觸界面清晰，互擴散可忽略；寬帶隙氧化物半導體與窄帶隙氧化物半導體接觸會引起窄帶隙氧化物半導體能帶向下彎曲，在窄帶隙氧化物半導體中積累電子，形成準二維電子氣效應。

寬帶隙氧化物半導體與源漏電極接觸，調節其成分和厚度，可以控制關態電壓，開態電流和器件穩定性；相比于單層結構，遷移率有了大幅度的提高，同時，通過調控寬帶隙半導體層的組分，可對器件的開啟電壓，亞閾值擺幅等性能進行優化。