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一种无铟 氧化物 半导体 薄膜晶体管及其室温制备方法

阅读：771发布：2024-02-27

专利汇可以提供一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管及其室温制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，包括步骤：(1)将玻璃基板清洗、烘干；(2)在玻璃基板上采用直流磁控溅射沉积Al:Nd 合金薄膜，通过湿法刻蚀图形化，形成栅极；(3)在Al:Nd栅极上通过阳极氧化法生长一层Al2O3:Nd栅极绝缘层；(4)采用脉冲激光沉积系统，通过掩模在Al2O3:Nd栅极绝缘层上沉积一层GZO半导体层；(5)采用真空蒸镀设备，通过掩模在GZO半导体层上蒸镀一层Al源漏电极。本发明采用了GZO半导体材料制备薄膜晶体管的有源层，不含In元素且Ga、Zn、O三种元素均无毒，符合绿色环保的发展趋势。有源层采用了脉冲激光沉积法制备，操作简单，可重复性高，整个器件制备均在室温下完成，无需退火，有效降低器件成本。，下面是一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管及其室温制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将玻璃基板清洗、烘干；
(2)在玻璃基板上采用直流磁控溅射沉积Al:Nd 合金薄膜，通过湿法刻蚀图形化，形成栅极；
(3)在Al:Nd栅极上通过阳极氧化法生长一层Al2O3:Nd栅极绝缘层；
(4)采用脉冲激光沉积系统，通过掩模在Al2O3:Nd栅极绝缘层上沉积一层GZO半导体层；
(5)采用真空蒸镀设备，通过掩模在GZO半导体层上蒸镀一层Al源漏电极。
2.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，步骤(1)中清洗为依次用离子水和异丙醇超声震荡清洗10～15min；步骤(1)中烘干是指在75～85℃下烘干。
3.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，步骤(4)中当沉积一层GZO半导体层时，脉冲激光沉积的工艺参数为：温度为室温25℃，脉冲能量为400mJ，频率为5Hz，氧气含量为1Pa，激光脉冲数为500。
4.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，所述Al:Nd的掺杂浓度为1～5at％；所述Al:Nd栅极的厚度为200～300nm。
5.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，所述Al2O3:Nd的掺杂浓度为1～5at％；所述Al2O3:Nd栅极绝缘层的厚度为200～
300nm。
6.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，所述GZO半导体层的掺杂浓度为2wt％；所述GZO半导体层的厚度为20nm。
7.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，步骤(5)中当沉积一层Al源漏电极时，真空蒸镀的工艺参数为：真空度为8.4×10-5Pa，温度为23～28℃；蒸镀时间为30～40min。
8.根据权利要求1所述的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，其特征在于，所述Al源漏电极的厚度为150～200nm。
9.一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，通过由权利要求1-8任一项的方法制备而成；由依次层叠的玻璃基板、Al:Nd栅极、Al2O3:Nd栅极绝缘层、GZO半导体层以及Al源漏电极构成。

说明书全文

一种无铟氧化物 半导体 薄膜晶体管及其室温制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及薄膜晶体管领域，尤其涉及一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管及其室温制备方法。

背景技术

[0002] 薄膜晶体管(TFT)是液晶显示(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示的核心和关键技术，而有源层是实现TFT器件高性能的关键。有源层材料主要有四类：非晶硅(α-Si)、低温多晶硅(LTPS)、有机物半导体(Organic Semiconductor)和氧化物半导体材料(Oxide Semiconductor)。

[0003] 在有源层材料中，氧化物半导体具有较高的载流子迁移率，工艺温度低和成本低等优点，具有广泛的应用前景，目前采用较多的氧化物半导体材料是IGZO。现有技术中有采用磁控溅射法制备IGZO TFT器件，在该制备方法中器件需要在300℃的纯O2环境条件下在1个大气压下进行热退火1小时。此外ZnO基半导体材料也被广泛研究，现有技术中采用溶液法，经过350℃退火处理制备ZnO/In2O3 TFT器件。在上述器件制备方法中，IGZO材料含有In元素，In为稀有元素且毒性大，因此价格昂贵且不利于环保。ZnO基TFT制备过程往往需要退火处理，使器件制备成本提高。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法。本发明的另一目的在于提供一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管。

[0005] 本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

[0006] 一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的室温制备方法，包括步骤：

[0007] (1)将玻璃基板清洗、烘干；

[0008] (2)在玻璃基板上采用直流磁控溅射沉积Al:Nd 合金薄膜，通过湿法刻蚀图形化，形成栅极；

[0009] (3)在Al:Nd栅极上通过阳极氧化法生长一层Al2O3:Nd栅极绝缘层；

[0010] (4)采用脉冲激光沉积系统，通过掩模在Al2O3:Nd栅极绝缘层上沉积一层GZO半导体层；

[0011] (5)采用真空蒸镀设备，通过掩模在GZO半导体层上蒸镀一层Al源漏电极。

[0012] 优选的，步骤(1)中清洗为依次用离子水和异丙醇超声震荡清洗10～15min。

[0013] 更进一步地，清洗为依次用离子水和异丙醇超声震荡清洗15min。

[0014] 优选的，步骤(1)中烘干是指在75～85℃下烘干。

[0015] 更进一步地，烘干在80℃下烘干。

[0016] 优选的，步骤(4)中当沉积一层GZO半导体层时，脉冲激光沉积的工艺参数为：温度为室温25℃，脉冲能量为400mJ，频率为5Hz，氧气含量为1Pa，激光脉冲数为500。

[0017] 优选的，步骤(5)中当沉积一层Al源漏电极时，真空蒸镀的工艺参数为：真空度为8.4×10-5Pa，温度为23～28℃。蒸镀时间为30～40min。

[0018] 更进一步地，蒸镀温度为25℃，蒸镀时间为35min。

[0019] 所述Al:Nd的掺杂浓度为1～5at％。

[0020] 所述Al:Nd栅极的厚度为200～300nm。

[0021] 所述Al2O3:Nd的掺杂浓度为1～5at％。

[0022] 所述Al2O3:Nd栅极绝缘层的厚度为200～300nm。

[0023] 所述GZO半导体层的掺杂浓度为2wt％。

[0024] 所述GZO半导体层的厚度为20nm。

[0025] 所述Al源漏电极的厚度为150～200nm。

[0026] 本发明同时提供一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管，通过上述方法制备而成。所述晶体管由依次层叠的玻璃基板、Al:Nd栅极、Al2O3:Nd栅极绝缘层、GZO半导体层以及Al源漏电极构成。

[0027] 本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：

[0028] 1、本发明采用了GZO作为有源层材料，与IGZO相比，去掉了In元素，剩下的Ga、Zn、O三种元素均无毒，符合绿色环保的发展趋势。

[0029] 2、本发明采用了脉冲激光沉积系统制备器件有源层，省去退火步骤，有利于在柔性显示领域进行应用。

[0030] 3、本发明制备出一种GZO半导体作为有源层的薄膜晶体管。附图说明

[0031] 图1是一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的层叠结构示意图。

[0032] 图2是本发明实施例中制备的无铟氧化物半导体薄膜晶体管的输出特性曲线图。

[0033] 图3是本发明实施例中制备的无铟氧化物半导体薄膜晶体管的转移特性曲线图。

[0034] 在图1中，包括：玻璃基板01、Al:Nd栅极02、Al2O3:Nd栅极绝缘层03、GZO半导体层04、Al源漏电极05。

具体实施方式

[0035] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0036] 实施例

[0037] 本实施例制备的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管，其层叠结构示意图如图1所示。由依次层叠的玻璃基板01、Al:Nd栅极02，Al2O3:Nd栅极绝缘层03，GZO半导体层04，Al源漏电极05构成。

[0038] 本实施例所述的无铟氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法如下：

[0039] (1)将玻璃基板排列在洗片架上放入大烧杯中，分别用去离子水、异丙醇依次超声震荡清洗15min，然后将清洗后的玻璃放入烘箱，在80℃下烘干；

[0040] (2)在玻璃基板上采用直流磁控溅射沉积一层300nm的Al:Nd合金薄膜栅极(Nd的掺杂浓度为3at％)；

[0041] (3)在Al:Nd薄膜栅极上通过阳极氧化生长一层200nm的Al2O3:Nd栅极绝缘层(Nd的掺杂浓度为3at％)：将含有300nm Al:Nd栅极的玻璃基板浸泡在3.48wt％酒石酸铵溶液(乙二醇和酒石酸铵的体积比为3:1)。Al:Nd栅极接阳极，Pt接阴极进行阳极氧化。先加0.1mA·cm-2恒定电流使电压线性升高至100V，然后固定100V的电压，电流会不断减小直至小于1μA为止。阳极氧化后，Al:Nd栅极中大约200nm被氧化为Al2O3:Nd，其电容为约38nF·cm-2。

[0042] (4)在Al2O3:Nd栅极绝缘层上通过脉冲激光沉积系统室温沉积一层20nm的GZO半导体层：使用有源层掩模版，材料为GZO(2wt％Ga,98wt％ZnO)靶材，设置脉冲能量400mJ，频率5Hz，氧气含量1Pa，脉冲数500，在室温下(25℃)进行脉冲激光沉积制备GZO有源层。

[0043] (5)在GZO半导体层上采用真空蒸镀设备沉积一层180nm的Al源漏电极：使用源漏电极掩模版，材料为Al粒，在真空度为8.4×10-5Pa，温度为25℃下蒸镀35min，得到一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管。

[0044] 实施例1制备的一种无铟氧化物半导体薄膜晶体管的输出特性曲线图如图2所示，其转移特性曲线图如图3所示，表1为根据图3的结果获得的电学性能参数。

[0045] 表1根据图3的结果获得的电学性能参数

[0046] μsat(cm2/V·s) Ion/I off SS(V/decade) Vth(V)4.39 3.98×106 0.91 6.74

[0047] 由以上实验结果看到，本发明成功制备一种薄膜晶体管，达到了优良的器件性能。其中有源层采用GZO材料，无毒环保，且使用脉冲激光沉积法，制备过程中无需退火步骤，实现室温制备，有效降低了器件成本。

[0048] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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