[發(fā)明專利]一種金屬氧化物半導(dǎo)體及薄膜晶體管與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011027359.X
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112289863A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐苗;徐華;李民;彭俊彪;王磊;鄒建華;陶洪
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/24
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 楊艷

本發(fā)明公開了一種金屬氧化物半導(dǎo)體，該金屬氧化物半導(dǎo)體為：在含銦的金屬氧化物MO?In₂O₃半導(dǎo)體中摻入少量稀土氧化物RO作為光生載流子轉(zhuǎn)換中心，形成(In₂O₃)_x(MO)_y(RO)_z半導(dǎo)體材料，其中，x+y+z＝1，0.5≤x＜0.9999，0≤y＜0.5，0.0001≤z≤0.2。本發(fā)明通過在含銦的金屬氧化物中引入稀土氧化物以形成的金屬氧化物半導(dǎo)體，通過利用稀土氧化物中稀土離子半徑和氧化銦中的銦離子半徑相當(dāng)?shù)奶匦砸约跋⊥岭x子中4f軌道電子結(jié)構(gòu)和銦離子的5s軌道能形成高效的電荷轉(zhuǎn)換中心，以提高其電學(xué)穩(wěn)定性，特別是光照下的穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供基于該金屬氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管與應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及平板顯示和探測器應(yīng)用中的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管背板制作所用的材料和器件結(jié)構(gòu)，具體涉及金屬氧化物半導(dǎo)體及薄膜晶體管與應(yīng)用。

背景技術(shù)

對于現(xiàn)有的金屬氧化物半導(dǎo)體體系中，銦離子(In³⁺)由于具有相對較大的離子半徑，使得在多元金屬氧化物中更高幾率的軌道交疊而確保了其高效的載流子傳輸通道，其5s軌道是主要的電子輸運(yùn)通道。但是，一方面，由于銦與氧成鍵后In-O的斷鍵能較低，所以在單純的氧化銦(In₂O₃)薄膜中存在大量的氧空位缺陷。而氧空位是導(dǎo)致金屬氧化物薄膜晶體管穩(wěn)定性劣化的主要原因。另一方面，常規(guī)濺射成膜的氧化銦中存在較多的晶格失配，使得薄膜的載流子遷移率較低，限制了其在高性能薄膜晶體管中的應(yīng)用。通常，需要摻雜與In³⁺離子數(shù)量相當(dāng)?shù)腉a³⁺離子對氧空位進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)，為了保證半導(dǎo)體器件的性能均勻性，需要金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜保持非晶薄膜結(jié)構(gòu)。

由于ZnO的晶體結(jié)構(gòu)與In₂O₃和Ga₂O₃兩種材料的晶體結(jié)構(gòu)差異較大，所以在薄膜中摻入與In離子數(shù)量相當(dāng)Zn離子，可以抑制材料結(jié)晶，保持薄膜的非晶結(jié)構(gòu)。因此，在目前的金屬氧化物半導(dǎo)體材料中應(yīng)用最為廣泛的就是IGZO(In:Ga:Zn＝1:1:1mol)。但是，IGZO亦存在一些問題：Ga³⁺和Zn²⁺離子的大量加入，大大稀釋了In³⁺的濃度，進(jìn)而減少了5s軌道的交疊程度，降低了電子遷移率。

另外，IGZO等材料在靠近價(jià)帶處存在大量的陷阱態(tài)。這導(dǎo)致了即使在光照能量低于禁帶寬度時(shí)，亦會產(chǎn)生光生載流子，導(dǎo)致當(dāng)前的金屬氧化物半導(dǎo)體存在光穩(wěn)定性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種遷移率相對較高、光穩(wěn)定性強(qiáng)的金屬氧化物半導(dǎo)體。該金屬氧化物半導(dǎo)體通過向含銦的金屬氧化物中引入稀土氧化物材料，利用稀土氧化物中稀土離子半徑和氧化銦中的銦離子半徑相當(dāng)?shù)奶匦砸约跋⊥岭x子中4f軌道電子結(jié)構(gòu)和銦離子的5s軌道能形成高效的電荷轉(zhuǎn)換中心，以提高其電學(xué)穩(wěn)定性，特別是光照下的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的之二在于提供包含該金屬氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管。

本發(fā)明的目的之三在于提供該薄膜晶體管的應(yīng)用。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種金屬氧化物半導(dǎo)體，該金屬氧化物半導(dǎo)體為：在含銦的金屬氧化物MO-In₂O₃半導(dǎo)體中摻入少量稀土氧化物RO作為光生載流子轉(zhuǎn)換中心，形成(In₂O₃)_x(MO)_y(RO)_z半導(dǎo)體材料，其中，x+y+z＝1，0.5≤x＜0.9999，0≤y＜0.5，0.0001≤z≤0.2。