專利名稱：基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，本發(fā)明應(yīng)用在有機(jī)發(fā)光顯示、液晶顯示、電子紙顯示等領(lǐng)域，也可以用于集成電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在平板顯示尤其是在有機(jī)電致發(fā)光顯示(OLED)領(lǐng)域，基于氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管(TFT)越來(lái)越受到重視。目前用在平板顯示的TFT的半導(dǎo)體溝道層的材料主要是硅材料，包括非晶硅(a_Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅TFT具有對(duì)光敏感、遷移率低(< lcm7Vs)和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)；多晶硅TFT雖然具有較高的遷移率，但是由于晶界的影響導(dǎo)致其電學(xué)均勻性差，且多晶硅制備溫度高和成本高，限制了其在平板顯示中的應(yīng)用； 微晶硅制備難度大，晶?？刂萍夹g(shù)難度高，不容易實(shí)現(xiàn)大面積規(guī)模量產(chǎn)?；谘趸锇雽?dǎo)體的TFT具有載流子遷移率較高(1 100cm7Vs)、制備溫度低、對(duì)可見(jiàn)光透明等優(yōu)點(diǎn)，在平板顯示的TFT基板領(lǐng)域，有替代用傳統(tǒng)硅工藝制備的TFT的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體一般采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法制備，而以氧化鋅(ZnO)為代表的氧化物半導(dǎo)體的制備方法一般采用濺射的方法，這就使得半導(dǎo)體溝道層、柵極、源漏電極的制備可以在同一個(gè)設(shè)備(濺射儀)中進(jìn)行；然而，絕緣層大多采用二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)，它們依然要使用PECVD的方法制備，使設(shè)備成本無(wú)法下降； 同時(shí)PECVD的方法制備SiO2或氮化硅SiNx需要較高的溫度(大于300攝氏度)，使得器件無(wú)法在柔性襯底上制備。因此，尋找無(wú)需PECVD、低溫制備的絕緣層是降低TFT制備成本、提高其應(yīng)用范圍的一個(gè)方向。陽(yáng)極氧化是一種將金屬放入電解質(zhì)溶液中通電后在金屬表面形成一層氧化層的方法，整個(gè)過(guò)程在室溫下進(jìn)行。陽(yáng)極氧化只需要一個(gè)廉價(jià)的直流電源無(wú)需大型昂貴的PECVD 設(shè)備，并且氧化液可以重復(fù)使用，所以用這種方法制備絕緣層的成本會(huì)大大降低。如果在氧化物半導(dǎo)體TFT中使用陽(yáng)極氧化的氧化膜作為絕緣層，則可以使整個(gè)TFT制備過(guò)程在較低溫度下進(jìn)行，并且只需要一臺(tái)濺射設(shè)備即可完成制備TFT工藝過(guò)程，這樣TFT的制備成本就會(huì)大大降低。陽(yáng)極氧化的陽(yáng)極材料一般采用鉭(Ta)或鋁(Al)，但是Ta的電導(dǎo)率較低，較難滿足大面積制備需要，而Al薄膜在退火處理過(guò)程中產(chǎn)生較多小丘會(huì)對(duì)器件性能造成影響， 因此需要采取特殊的方法來(lái)避免這些影響。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，使用陽(yáng)極氧化的方法制備單一氧化絕緣層，使整個(gè)薄膜場(chǎng)效應(yīng)管在制備過(guò)程能在較低溫度下進(jìn)行，并且還能大大降低設(shè)備和材料的成本，此外還能消除由于熱退火產(chǎn)生的小丘。本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)柵極基片的制備在玻璃基板上通過(guò)濺射的方法制備柵極，該柵極的厚度為IOOnm 500nm，通過(guò)掩?；蚬饪痰姆椒▓D形化，得到柵極基片；(2)單一氧化絕緣層的制備將所制備的柵極基片放入電解質(zhì)溶液中通電后在柵極表面形成一層氧化層作為單一氧化絕緣層，該單一氧化絕緣層的厚度為IOOnm 300nm，通過(guò)掩?；蚬饪痰姆椒▓D形化，得到單一氧化絕緣層；(3)溝道層的制備在單一氧化絕緣層上面通過(guò)濺射的方法制備溝道層，該溝道層的厚度為20nm lOOnm，通過(guò)掩?；蚬饪痰姆椒▓D形化，得到溝道層；(4)漏極和源極的制備在溝道層上面通過(guò)濺射的方法制備漏極和源極，該漏極和源極的厚度分別為 IOOnm 500nm，通過(guò)掩模、光刻或者剝起的方法圖形化，得到漏極和源極。上述步驟(1)在玻璃基板上通過(guò)濺射的方法制備柵極，其濺射本底真空度優(yōu)于 1 X IO-3Pa,氬氣氣壓為 0. 2Pa 2Pa,功率為 0. 3ff/cm2 10ff/cm2,厚度為 IOOnm 500nm ； 所述柵極采用鋁釹或鋁鈰合金中的任意一種，鋁釹或鋁鈰合金含有稀土元素(NcUCe)，能改變熱膨脹系數(shù)，在熱退火過(guò)程中能夠抑制小丘的生長(zhǎng)。所述步驟(2)單一氧化絕緣層的具體制備步驟如為將制備好的柵極基片放入電解質(zhì)溶液的一端接電源正極，電源負(fù)極接石墨或金屬放入電解質(zhì)溶液的另外一端，通電進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，即陽(yáng)極氧化處理具體過(guò)程是將制備好柵極的基片和石墨或金屬放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流，此電流最優(yōu)選的值為 0. ImA/cm2，陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值(此電壓最優(yōu)選的范圍是80V 150V)時(shí)恒定這個(gè)電壓，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流小于0. 0ImA/cm2時(shí)， 將柵極取出用氮?dú)獯蹈稍俳?jīng)過(guò)清洗，這時(shí)柵極表面形成一層氧化膜，此氧化膜的厚度與陽(yáng)極氧化過(guò)程中設(shè)定的電壓值成正比，此氧化膜即為單一氧化絕緣層；所述電解質(zhì)溶液為檸檬酸或者硫酸中的任意一種，或者酒石酸銨和乙二醇的混合液；所述步驟(3)通過(guò)濺射的方法制備溝道層，濺射本底真空度lX10_3Pa，氬氣偏壓為0. 2 2Pa，氧氣偏壓為0 0. 3Pa，功率為0. 3 lOW/cm2 ；所述溝道層的材料為摻雜氧化鋅材料，摻雜氧化鋅材料為在氧化鋅中摻入銦、鎵、鋁、釹或錫中的一種或一種以上；所述步驟(4)濺射本底真空度lX10_3Pa，氬氣氣壓為0. 2 2Pa，功率為0. 3 10ff/cm2,所述源極和漏極分別覆蓋在溝道層的兩端并且相互間隔；所述源極和漏極的材料為導(dǎo)電材料。所述的單一氧化絕緣層是指在整個(gè)薄膜晶體管制備過(guò)程中只包含一層絕緣層，即在陽(yáng)極氧化的方法制備的單一氧化絕緣層和溝道層之間不包含任何其它方法或其它材料制備的薄膜。上述導(dǎo)電材料為Al、Mo、Cr、Cu、Ni、Ta、Au、Ag、Pt、Ti 或者 ITO 等。所述的單一氧化絕緣層是指在整個(gè)薄膜晶體管制備過(guò)程中只包含一層絕緣層，即在陽(yáng)極氧化的方法制備的單一氧化絕緣層和溝道層之間不包含任何其它方法或其它材料制備的薄膜。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本發(fā)明使用了鋁釹(Al-Nd)或鋁鈰(Al-Ce)合金作為柵極，這兩種合金的薄膜因?yàn)楹邢⊥猎?Nd、Ce)，能改變熱膨脹系數(shù)，從而抑制熱退火時(shí)小丘的生長(zhǎng)。(2)本發(fā)明還采用了陽(yáng)極氧化的方法制備絕緣層，所述的陽(yáng)極氧化是一種將所制備的鋁釹合金或鋁鈰合金柵極的基片放入電解質(zhì)溶液中通電后在柵極表面形成一層氧化層的方法。陽(yáng)極氧化無(wú)需大型設(shè)備，并且可在室溫下進(jìn)行。此外，因?yàn)檠趸瘜又泻醒趸X，其介電常數(shù)較高，所以基于這種單一氧化絕緣層的薄膜晶體管的閾值電壓相對(duì)較低，有助于降低器件的功耗，而且單一氧化層可以用于制造TFT器件。(3)本發(fā)明使用了摻雜氧化鋅半導(dǎo)體材料作為溝道層，所述的摻雜氧化鋅材料為在氧化鋅中摻入銦、鋁、釹或錫等元素中的一種或多種元素，這類材料具有遷移率高、制備溫度低、均勻性好、對(duì)可見(jiàn)光透明、可通過(guò)濺射的方法制備等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本發(fā)明技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，具有高性能、低成本、低制備溫度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。


圖IA是本發(fā)明所制備的薄膜晶體管的截面示意圖；圖IB是本發(fā)明步驟(1)柵極基片的制備，圖中為柵極未被陽(yáng)極氧化時(shí)的截面示意圖；圖IC是本發(fā)明步驟(2)單一氧化絕緣層的制備，圖中為柵極被陽(yáng)極氧化后的截面示意圖；圖2A是圖1薄膜晶體管的俯視圖。圖2B、2C是本發(fā)明步驟(3)溝道層的制備，圖中為溝道層的長(zhǎng)度和寬度及溝道層所形成的導(dǎo)電溝道區(qū)域位置關(guān)系示意圖。圖3是實(shí)施例1中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。圖4是實(shí)施例2中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。
圖5是實(shí)施例3中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。圖6是實(shí)施例4中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。圖7是實(shí)施例5中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。圖8是實(shí)施例6中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但需要說(shuō)明的是，實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)的范圍的限定。圖IA是本發(fā)明所制備的基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，包括玻璃基板10、柵極11、單一氧化絕緣層12、溝道層13、源極14a和漏極14b ；柵極11位于玻璃基板10之上，單一氧化絕緣層12覆蓋在柵極11之上，溝道層13位于單一氧化絕緣層12 之上，源極14a和漏極14b分別覆蓋在溝道層的兩端。玻璃基板10為透明玻璃。為了解決Al薄膜容易起小丘的問(wèn)題，本發(fā)明使用了鋁釹(AlxNdy)或鋁鈰(AlxCey)合金作為柵極11，其中0 < y彡0. 1，x+y = 1 ；這兩種合金的薄膜因?yàn)楹邢⊥猎?NcUCe)，能改變熱膨脹系數(shù)，從而抑制小丘的生長(zhǎng)。柵極11通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于IX 10_3Pa，氬氣氣壓為0. 2 2Pa，功率為0. 3 IOW/ cm2，厚度為100 500nm，通過(guò)掩模或光刻的方法形成圖形，如圖IB所示。將制備好柵極11基片放入電解質(zhì)溶液的一端接電源正極，電源負(fù)極接石墨或金屬如鐵、鉬、鈦等放入電解質(zhì)溶液的另外一端，通電進(jìn)行陽(yáng)極氧化。陽(yáng)極氧化步驟如下先加恒定的電流0. ImA/cm2，陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)， 恒定這個(gè)電壓，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為0. 00ImA/cm2時(shí)，將柵極11基片取出用氮?dú)獯蹈稍俳?jīng)過(guò)清洗，這時(shí)鋁合金薄膜表面(即柵極11基片的表面)形成一層氧化膜，此氧化膜的厚度與陽(yáng)極氧化過(guò)程中設(shè)定的電壓值成正比。此氧化膜作為本發(fā)明的薄膜晶體管的單一氧化絕緣層12，其最優(yōu)厚度為80 300nm。陽(yáng)極氧化后柵極11的表面與氧化液接觸到的地方均被氧化層(單一氧化絕緣層12)所包圍，如圖1C、圖2A所示。陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液、檸檬酸或硫酸等。溝道層13的材料為摻雜氧化鋅材料，所述的摻雜氧化鋅材料為在氧化鋅(ZnO)中摻入銦(In)、鎵(Ga)、鋁(Al)、釹(Nd)或錫(Sn)等元素中的一種或多種元素，如Ιη-Ζη-0、 In-Ga-Zn-0、In-Al-Zn-0、In-Al-Nd_Zn-0、Zn-Sn-0等，這些材料具有較高的電子遷移率、對(duì)可見(jiàn)光透明、可通過(guò)濺射成膜、穩(wěn)定性較好、制備溫度低等優(yōu)點(diǎn)。溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X IO-3Pa,氬氣偏壓為0. 2 2Pa，氧氣偏壓為0 0. 3Pa,功率為0. 3 10W/cm2，厚度為20 lOOnm，通過(guò)光刻圖形化，如圖2A所示。源極14a 和漏極 14b 材料為導(dǎo)電材料 Al、Mo、Cr、Cu、Ni、Ta、Au、Ag、Pt、Ti 或 ITO 等，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X IO-3Pa,氬氣氣壓為0. 2 2Pa，功率為 0. 3 lOW/cm2，厚度為100 600nm ；通過(guò)光刻或者剝起(lift-off)的方法成形。源極14a 和漏極14b分別覆蓋在溝道層13的兩端并且相互間隔，此間隔的距離即為溝道長(zhǎng)度(L)， 源極14a和漏極14b的前后端的長(zhǎng)度即為溝道寬度(W)如圖2B所示；在溝道層13上源極 14a和漏極14b之間相互間隔的矩形區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電溝道區(qū)域15，導(dǎo)電溝道區(qū)域15應(yīng)位于溝道層13的邊緣以內(nèi)，并且位于柵極11的邊緣以內(nèi)，如圖2C所示。下面通過(guò)5個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxNdyU = 0. 99, y = 0. 01)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于ι χ IO-3Pa,氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；單一氧化絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為 0. 00ImA/cm2時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑矗瑴y(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的膜的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為ΙΤ0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為 l(T3Pa，氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)剝起(lift-off)的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為IOOym和ΙΟμπι，寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖3是實(shí)施例1的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-IOV到IOV掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為10. lcnArY1，閾值電壓為IV，開(kāi)關(guān)比(Iw。ff)為107。實(shí)施例2本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxNdyU = 0. 97, y = 0. 03)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X 10_3Pa，氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；單一氧化絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為 0. 00ImA/cm2時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑?，測(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為 0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的溝道層13的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為ΙΤ0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為 l(T3Pa，氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)lift-off的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為IOOym和IOym,寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖4是實(shí)施例2的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-10V到10V掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為10. ScmW1，閾值電壓為IV，開(kāi)關(guān)比(I。n/。ff)為109。實(shí)施例3本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxNdyU = 0.9,y = 0. 1)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X IO-3Pa,氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；單一氧化絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2，陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為 0. 00ImA/cm2時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑?，測(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為 0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的膜的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為ΙΤ0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為 l(T3Pa，氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)lift-off的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為IOOym和IOym,寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖5是實(shí)施例3的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-IOV到IOV掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為9. Scm2W1iT1,閾值電壓為IV，開(kāi)關(guān)比(I。n/。ff)為109。實(shí)施例4本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxCeyU = 0. 98, y = 0. 02)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X 10_3Pa，氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；單一氧化絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為 0. 00ImA/cm2時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑矗瑴y(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為 0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的膜的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為ΙΤ0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa， 氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)lift-off的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為ΙΟΟμπι和ΙΟμπι，寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖6是實(shí)施例4的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-10V到10V掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為0. Zcn^fiT1，閾值電壓為3V，開(kāi)關(guān)比(I。n/。ff)為107。實(shí)施例5本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxCeyU = 0. 9，y = 0. 1)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于1 X IO-3Pa,氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；單一氧化絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為0. 00ImA/cm2 時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑?，測(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為 0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的膜的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為IT0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為 l(T3Pa，氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)lift-off的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為IOOym和IOym,寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖7是實(shí)施例5的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-IOV到IOV掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為0. Icm2V-1S-1,閾值電壓為2V，開(kāi)關(guān)比(I。n/。ff)為107。實(shí)施例6本實(shí)施例利用ZnO中同時(shí)摻入IruGa (In-Ga-Zn-O)材料作為溝道層13，制備了薄膜晶體管(其結(jié)構(gòu)示意圖如圖IA所示)。其中，玻璃基板10的材料為無(wú)堿玻璃，厚度為0. 4mm ；柵極11的材料為AlxNdyU = 0. 97, y = 0. 03)，通過(guò)濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于ι χ IO-3Pa,氬氣氣壓為0. 6Pa,功率為lOW/cm2，厚度為300nm，通過(guò)光刻的方法成形；絕緣層12為通過(guò)陽(yáng)極氧化制備，陽(yáng)極氧化中使用的電解質(zhì)溶液可以是酒石酸銨和乙二醇的混合液，將制備好柵極11的基片和不銹鋼板放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到100V，恒定100V，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流減小至約為0. 00ImA/cm2 時(shí)，將基片取出用氮?dú)獯蹈稍偾逑矗瑴y(cè)得氧化膜厚度為140nm ；溝道層13通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為10_3Pa，氬氣偏壓為為 0. 5Pa，氧氣偏壓為為0. 04Pa，功率為lW/cm2，所制備的膜的厚度為30nm，通過(guò)光刻的方法成形；源極14a和漏極14b的材料為ΙΤ0，通過(guò)濺射的方法制備，濺射的本底真空度為 l(T3Pa，氬氣偏壓為為0. 6Pa，功率為0. 5W/cm2，厚度為250nm，通過(guò)lift-off的方法形成溝道的寬度和長(zhǎng)度分別為IOOym和IOym,寬長(zhǎng)比為10 1。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測(cè)試。圖8是實(shí)施例6的薄膜晶體管測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測(cè)試條件為源極電壓(Vs)為 0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vg)從-10V到10V掃描，測(cè)試漏極電流(Id)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為2. Icm2W1iT1,閾值電壓為4V，開(kāi)關(guān)比(I。n/。ff)為109。如上所述便可較好的實(shí)施本發(fā)明。通過(guò)如上實(shí)施例可以看出本發(fā)明的基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的整個(gè)制備過(guò)程只需用一種大型設(shè)備(濺射儀)，因此其制備成本低；此外，這種薄膜晶體管的工作電壓較低(最大電壓只有10V)有助于降低器件的功耗； 再來(lái)，這種薄膜晶體管使用了摻雜氧化鋅半導(dǎo)體材料作為溝道層，遷移率相對(duì)較高。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包含如下步驟(1)柵極基片的制備在玻璃基板上通過(guò)濺射的方法制備柵極，該柵極的厚度為IOOnm 500nm，通過(guò)掩模或光刻的方法圖形化，得到柵極基片；(2)單一氧化絕緣層的制備將所制備的柵極基片放入電解質(zhì)溶液中通電后在柵極表面形成一層氧化層作為單一氧化絕緣層，該單一氧化絕緣層的厚度為IOOnm 300nm，通過(guò)掩?；蚬饪痰姆椒▓D形化， 得到單一氧化絕緣層；(3)溝道層的制備在單一氧化絕緣層上面通過(guò)濺射的方法制備溝道層，該溝道層的厚度為20nm lOOnm，通過(guò)掩模或光刻的方法圖形化，得到溝道層；(4)漏極和源極的制備在溝道層上面通過(guò)濺射的方法制備漏極和源極，該漏極和源極的厚度分別為IOOnm 500nm，通過(guò)掩模、光刻或者剝起的方法圖形化，得到漏極和源極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述柵極的材料采用鋁釹或鋁鈰合金中的任意一種；所述步驟(2)單一氧化絕緣層的具體制備步驟如為將制備好的柵極基片放入電解質(zhì)溶液的一端接電源正極，電源負(fù)極接石墨或金屬放入電解質(zhì)溶液的另外一端，通電進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，即陽(yáng)極氧化處理具體過(guò)程是將制備好柵極的基片和石墨或金屬放入電解質(zhì)溶液中分別作為陽(yáng)極和陰極，先在陽(yáng)極和陰極之間加恒定的電流為0. ImA/cm2,陽(yáng)極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值80V 150V時(shí)恒定這個(gè)電壓，直至陽(yáng)極和陰極之間的電流小于0. 0ImA/cm2時(shí)，將柵極取出用氮?dú)獯蹈稍俳?jīng)過(guò)清洗，這時(shí)柵極表面形成一層氧化膜，此氧化膜的厚度與陽(yáng)極氧化過(guò)程中設(shè)定的電壓值成正比，此氧化膜即為單一氧化絕緣層；所述電解質(zhì)溶液為檸檬酸或者硫酸中的任意一種，或者為酒石酸銨和乙二醇的混合液；所述溝道層的材料為摻雜氧化鋅材料，摻雜氧化鋅材料為在氧化鋅中摻入銦、鎵、鋁、 釹或錫中的一種或一種以上；所述源極和漏極分別覆蓋在溝道層的兩端并且相互間隔；所述源極和漏極的材料為導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述的單一氧化絕緣層是指在整個(gè)薄膜晶體管制備過(guò)程中只包含一層絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于陽(yáng)極氧化絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，其包括玻璃基板、柵極、單一氧化絕緣層、溝道層、源極和漏極的制備過(guò)程；柵極位于玻璃基板之上，單一氧化絕緣層覆蓋在柵極之上，溝道層位于絕緣層之上，源極和漏極分別覆蓋在溝道層的兩端并且相互間隔。其中單一氧化絕緣層采用陽(yáng)極氧化的方法制備，溝道層的材料為摻雜氧化鋅半導(dǎo)體。該薄膜晶體管具有制備成本及溫度低、閾值電壓較低、載流子遷移率較高以及開(kāi)關(guān)比高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/288GK102332404SQ201110281888
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者蘭林鋒, 彭俊彪, 徐苗, 曹鏞, 王磊, 許偉, 鄒建華, 陶洪 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣州新視界光電科技有限公司