[發(fā)明專利]一種氧化物薄膜晶體管及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110794500.7
• 申請(qǐng)日: 2021-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN113707724A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉國(guó);耿樹吉;王路
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/786
• 分類號(hào): H01L29/786;H01L29/51;H01L21/34;H01L21/4757;H01L21/477
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明屬于薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物薄膜晶體管及其制備方法與應(yīng)用。所述氧化物薄膜晶體管、包括：基底；柵電極，設(shè)置在基底上；介質(zhì)層，設(shè)置在基底上并覆蓋柵電極；有源層，設(shè)置在介質(zhì)層上，并與柵電極疊置；源電極和漏電極，分別設(shè)置在有源層的上表面及側(cè)表面上，與有源層接觸，并且源電極和漏電極彼此分隔開；最上層為鈍化層；所述介質(zhì)層材料為聚丙烯酸苯酯PPA；所述有源層材料為Ga₂O₃納米線；所述鈍化層的材質(zhì)為摻P的Si₃N₄薄膜。本發(fā)明提供的薄膜晶體管具有極小的閾值電壓漂移，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性氧化物薄膜晶體管的制備，有助于產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物薄膜晶體管及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

氧化物薄膜晶體管(TFT)是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在上個(gè)世紀(jì)三十年代Lihenfield首先提出場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原理，即以一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)在半導(dǎo)體表面引發(fā)一種電流，通過控制電場(chǎng)的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)半導(dǎo)體表面電流的大小。這種工作模式類似一個(gè)電容器，源漏電極之間的導(dǎo)電溝道可看作電容器的一個(gè)極板，柵極作為另一個(gè)極板，溝道中的載流子密度通過加在柵極上的電壓進(jìn)行調(diào)制。

薄膜晶體管主要有源極和漏極、柵極、有源層、絕緣層和襯底五部分構(gòu)成。根據(jù)各部分沉積順序的不同，薄膜晶體管可分為如圖1所示的四種結(jié)構(gòu)，。

2003年R.L.Hoffman最早制備出ZnO基薄膜晶體管，閾值電壓為10-20V，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.3-2.5cm²V^-1S^-1，電流開關(guān)比為10⁷，此后氧化物薄膜晶體管逐漸引起研究工作者的關(guān)注。日本Hosono等人針對(duì)銦鎵鋅薄膜晶體管展開一系列研究工作，對(duì)非晶態(tài)透明氧化物半導(dǎo)體作為溝道層制備高遷移率薄膜晶體管的可行性進(jìn)行了分析并提出理論依據(jù)，引發(fā)了氧化物薄膜晶體管研究的熱潮。其后G.Lavareda等研制出In₂O₃基全透明薄膜晶體管，閾值電壓為2V，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.02cm²V^-1S^-1，電流開關(guān)比為10⁴。R.E.Presley成功制備出SnO₂基全透明薄膜晶體管，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.8-2.0cm²V^-1S^-1，電流開關(guān)比為10⁵。國(guó)內(nèi)學(xué)者氧化物薄膜晶體管方面研究起步較晚。2006年清華大學(xué)姚綺君等發(fā)表關(guān)于ZnO基薄膜晶體管和In₂O₃薄膜晶體管的研究結(jié)果。2010年上海大學(xué)L.Zhang等制備出高性能ZnO基薄膜晶體管。復(fù)旦大學(xué)李桂鋒制備出銦鋅氧薄膜晶體管，閾值電壓為0.94V，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5.2cm²V^-1S^-1，電流開關(guān)比為10⁴。

以氧化物半導(dǎo)體材料作為有源層的薄膜晶體管，改變了人們對(duì)傳統(tǒng)薄膜晶體管的認(rèn)識(shí)。與傳統(tǒng)的薄膜晶體管相比，氧化物薄膜晶體管具有如下三方面的優(yōu)勢(shì)：

(1)氧化物薄膜晶體管具有較高的遷移率和較高的電流開關(guān)比，能實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)電流、較快的器件響應(yīng)，適用于高響應(yīng)速度的發(fā)展方向。

(2)氧化物薄膜晶體管可以在低溫甚至在室溫下制備。室溫制備的溝道層通常顯非晶態(tài)。非晶態(tài)氧化物薄膜晶體管相比較于其對(duì)應(yīng)的結(jié)晶態(tài)遷移率較低，但大面積均勻性較好，遷移率高于目前產(chǎn)業(yè)化的非晶硅薄膜晶體管。在較低的工藝溫度下可以采用塑料基底，這與柔性顯示的制備工藝相兼容。透明非晶態(tài)氧化物薄膜晶體管在柔性、大面積顯示方面具有潛在的應(yīng)用前景。