專利名稱：一種雙極性氧化亞錫反相器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化物反相器的制備方法，尤其涉及一種雙極性氧化亞錫反相器的制備方法。
背景技術(shù)：
透明電子學(xué)是近期一個快速發(fā)展的領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的電子學(xué)器件相比，透明電子器件在面向消費者的許多應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在顯示器件領(lǐng)域蘊藏著巨大的潛力。在有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)中，目前依舊采用非晶硅薄膜晶體管、多晶硅薄膜晶體管作為開關(guān)單元，但非晶硅薄膜晶體管遷移率低、光敏性強；多晶硅薄膜晶體管的大面積制作工藝復(fù)雜、 低溫工藝難以實現(xiàn)，限制了它們在更廣闊的范圍中應(yīng)用。透明氧化物薄膜晶體管的實現(xiàn)對透明電子學(xué)來說是一個富有成效的進展，為制造電路和系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。由于氧化物薄膜晶體管可以用來制備CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)電路，因此可以用來制備多種集成電路與功能模塊，使整個電路模塊透明化，為透明電子學(xué)的研究和應(yīng)用開辟廣闊空間。采用氧化物薄膜晶體管制備的這些透明電路可應(yīng)用于光電子器件、鏡片、車窗、廣告、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。反相器工作過程中，P型和η型晶體管輪流導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻小，截止電阻大，所以靜態(tài)電流小，功耗低，是CMOS邏輯電路的基本部件。一般地，反相器由P型溝道晶體管與η型溝道晶體管聯(lián)結(jié)組成。然而，由于多數(shù)透明氧化物呈單極η型導(dǎo)電特性，使得其應(yīng)用被限制在單極型器件，而在互補型電子器件、電路等應(yīng)用領(lǐng)域，難以體現(xiàn)其潛在的應(yīng)用價值。因此， 制備氧化物溝道雙極性晶體管并利用其制備出高性能反相器顯得及其重要。至今為止，利用了氧化物溝道薄膜晶體管的反相器分為三類。第一類是由η型氧化物與P型無機材料溝道薄膜晶體管聯(lián)結(jié)而成。這類反相器必須進行兩次溝道的沉積，而且不同氧化物溝道的最佳工藝往往不一致，因而造成工藝優(yōu)化困難，且因η型區(qū)和P型區(qū)的性能難以平衡導(dǎo)致增益不高。文獻“基于η溝道ZnO和ρ溝道 ZnTe 的互補型薄膜電子器件”(IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, 30,1314, 2009)公開了一種反相器的制備方法，該反相器由脈沖激光沉積方法(該方法難以實現(xiàn)大面積均勻制膜) 制備的η型ZnO薄膜晶體管和分子束外延方法(該方法所使用的系統(tǒng)價格昂貴且操作相對復(fù)雜)制備的P型ZnTe薄膜晶體管聯(lián)結(jié)而成，其最高增益約為5。文獻“紙上的補償金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)”(Advance Materials, 23,4491, 2011)公開了一種反相器,該反相器由 η型GaZnInO薄膜晶體管和P型SnOx(χ < 2)薄膜晶體管聯(lián)結(jié)而成，但由于η型區(qū)場效應(yīng)遷移率是P型區(qū)的50倍左右，該反相器的最高增益值約為5。第二類是由η型氧化物溝道薄膜晶體管與P型有機物溝道薄膜晶體管聯(lián)結(jié)而成。 這類反相器雖然較容易實現(xiàn)高增益特性，但這類反相器涉及有機和無機材料的雜化，往往需要采用不同的襯底、柵介質(zhì)以及電極材料，制備工藝復(fù)雜，與現(xiàn)行集成電路工藝難以兼容，適用性差。第三類就是基于雙極性氧化物薄膜晶體管的反相器。與前兩類相比，第三類反相器還存在三方面優(yōu)勢。其一，前兩類只能工作在第一象限中，而第三類反相器可以同時工作在第一象限和第三象限中。其二，這類反相器由于可以采用同一種氧化物溝道，因而制備工藝相對簡單。其三，前兩類反相器的溝道和電極結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備均較為復(fù)雜，而第三類反相器則可采用相對簡單的結(jié)構(gòu)。因前兩類反相器的η型和ρ型溝道材料不同，往往制備手段或優(yōu)化工藝也不同，故通常只能采用圖1(底柵結(jié)構(gòu))和圖2(頂柵結(jié)構(gòu))所示的結(jié)構(gòu)。而第三類反相器除可以采用圖I和圖2所示結(jié)構(gòu)，還可以采用圖3和圖4所示的一個溝道一組電極的簡單結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了雙極性溝道反相器的結(jié)構(gòu)多樣性，可提供更多選擇。如此，相比于前兩類反相器，第三類反相器除可降低制備難度外，還可以減小器件尺寸從而提高集成度并降低能耗?，F(xiàn)有技術(shù)中，文獻“雙極性氧化物薄膜晶體管”(ADVANCE MATERIALS, 23，3431， 2011)公開了一種反相器，此反相器采用圖I所示結(jié)構(gòu)，以及用脈沖激光沉積方法制備的氧化亞錫薄膜作為雙極性溝道層。由于此反相器的P型區(qū)場效應(yīng)遷移率遠高于η型區(qū)，其最高增益值很低(< 2. 5)，且不能完整地在第三象限區(qū)工作，存在著技術(shù)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是如何降低氧化亞錫作為溝道層的反相器的制備難度并提高制備的反相器的器件性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種制備工藝簡單可控，可實現(xiàn)高增益的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法。一種雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟I)選擇襯底，并進行柵介質(zhì)層及輸入端電極的制備；2)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，沉積氧化亞錫薄膜，之后進行第一次熱退火處理，完成氧化亞錫溝道層的制備；3)制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極，進行第二次退火處理，完成底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備；步驟I)中的襯底、柵介質(zhì)層和輸入端電極可直接采用市售產(chǎn)品?；蛘?，a)選擇襯底，在襯底上制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極；b)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，沉積氧化亞錫薄膜，之后進行第一次熱退火處理，完成氧化亞錫溝道層的制備；c)制備柵介質(zhì)層及輸入端電極，進行第二次退火處理，完成頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備。為了得到更好的發(fā)明效果，以下作為本發(fā)明的優(yōu)選步驟2)和步驟b)中，所述的氧化亞錫薄膜的沉積溫度為5°C 300°C。該氧化亞錫薄膜可在較低的溫度下制備，使得制備簡單、可控，易于實施，一定程度上節(jié)省了能耗的成本。進一步優(yōu)選，所述的氧化亞錫薄膜的沉積溫度為10°C 50°C。所述的第一次熱退火處理和第二次退火處理均在惰性氣體中進行。所述的惰性氣體為氬氣。在惰性氣體中，可以避免在退火處理過程中引入雜質(zhì)，保證了退火處理的效果。步驟2)和步驟b)中，所述的第一次熱退火處理為快速熱退火處理，快速熱退火處理是一種經(jīng)濟且操作方便的常用于器件后處理的技術(shù)。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，進行第一次熱退火處理制備氧化亞錫溝道層時，退火溫度過低或時間過短，制備的氧化亞錫溝道層呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，而溫度過高或時間過長則制備的氧化亞錫溝道層中載流子濃度過高，這些都會使薄膜晶體管失效，為了保證形成有效的氧化亞錫溝道層，所述的第一次熱退火處理的條件在 300°C至450°C熱退火處理I分鐘至20分鐘，使得制備的氧化亞錫溝道層呈現(xiàn)低阻狀態(tài)并具有合適的載流子濃度。進一步優(yōu)選，步驟2)和步驟b)中，所述的第一次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘。步驟3)和步驟c)中，所述的第二次熱退火處理為快速熱退火處理。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)， 進行第二次熱退火處理可以調(diào)控雙極性氧化亞錫薄膜晶體管在η區(qū)和ρ區(qū)電學(xué)性能的對稱性，從而提高反相器的增益，并使其可以同時工作在第一象限和第三象限中，所述的第二次熱退火處理的條件在350°C至400°C熱退火處理10分鐘至20分鐘。進一步優(yōu)選，步驟3) 和步驟c)中，所述的第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘。步驟3)和步驟a)中，所述的輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極均采用雙層薄膜電極。采用雙層薄膜電極使得雙極性氧化亞錫反相器具有較好的使用耐久性和導(dǎo)電性。進一步優(yōu)選，所述的雙層薄膜電極為鎳和金的復(fù)合雙層薄膜電極，鎳具有較好的附著力，金具有很好的導(dǎo)電性和抗氧化性，復(fù)合使用時體現(xiàn)出較好的使用耐久性和導(dǎo)電性。步驟3)和步驟a)中，所述的輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極均在電子束蒸發(fā)設(shè)備中進行制備，使用電子束蒸發(fā)設(shè)備相對于脈沖激光沉積來說，具有操作簡單、可大面積均勻成膜等優(yōu)勢。所述的氧化錫蒸發(fā)料沒有特別的要求，可以使用氧化錫顆粒狀的陶瓷燒結(jié)蒸發(fā)料作為氧化錫蒸發(fā)料，無特定形狀限制，無需進行特定的預(yù)處理，也可直接采用市售產(chǎn)品，因而，氧化錫蒸發(fā)料原料的制備難度降低，易于制備。本發(fā)明制備方法制備的該雙極性氧化亞錫反相器為底柵結(jié)構(gòu)或者頂柵結(jié)構(gòu)，該制備方法對襯底的選擇無特別要求，沉積膜與襯底之間無需外延關(guān)系，因而本發(fā)明制備方法適合于制備底柵結(jié)構(gòu)或者頂柵結(jié)構(gòu)的反相器，底柵結(jié)構(gòu)的反相器相對于頂柵結(jié)構(gòu)的反相器來說，其電極的制備工藝更為簡單，甚至無需采用光刻技術(shù)，降低了雙極性氧化亞錫反相器的制備難度并節(jié)約了成本。此外，本發(fā)明制備方法可以在玻璃等透明的非單晶襯底上實現(xiàn)透明反相器的制備，拓展了其應(yīng)用范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明雙極性氧化亞錫反相器的制備方法中，氧化亞錫溝道層制備分為兩步，先是低溫制備氧化亞錫溝道層，再是快速的第一次熱退火處理，使得氧化亞錫溝道層的制備工藝更加簡單，制備難度降低，然后再進行快速的第二次熱退火處理，調(diào)控雙極性氧化亞錫薄膜晶體管在η區(qū)和ρ區(qū)電學(xué)性能的對稱性，從而提高反相器的增益，并使其可以同時工作在第一象限和第三象限中。本發(fā)明制備的雙極性氧化亞錫反相器可同時工作在第一象限和第三象限中，并且具有較高的增益，其可用于發(fā)展氧化物基低損耗補償邏輯電路，在光電子器件、鏡片、車窗、 廣告、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域中，應(yīng)用前景十分廣闊。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中底柵結(jié)構(gòu)的非雙極性溝道反相器的結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中頂柵結(jié)構(gòu)的非雙極性溝道反相器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性溝道反相器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性溝道反相器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例I中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器A的結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明實施例2中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器B的結(jié)構(gòu)示意7為本發(fā)明實施例3中頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器C的結(jié)構(gòu)示意8為本發(fā)明實施例4中頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器D的結(jié)構(gòu)示意9是實施例I中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器A在第一象限工作時輸出電壓和增益隨輸入電壓的變化曲線；圖10是實施例I中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器A在第三象限工作時輸出電壓和增益隨輸入電壓的變化曲線；圖11是實施例2中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器B在第一象限工作時輸出電壓和增益隨輸入電壓的變化曲線；圖12是實施例2中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器B在第三象限工作時輸出電壓和增益隨輸入電壓的變化曲線。
具體實施例方式如圖I所示，為現(xiàn)有技術(shù)中底柵結(jié)構(gòu)的非雙極性溝道反相器，包括襯底I、設(shè)置在襯底I上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的溝道5 (ρ型溝道)和溝道4 (η型溝道)， 襯底I與柵介質(zhì)層3之間設(shè)有輸入端電極2，并且輸入端電極2通過襯底I外延后引出，溝道5上設(shè)有電源供應(yīng)端電極6，溝道4上設(shè)有接地電極8，溝道5和溝道4之間設(shè)有輸出端電極7。如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中頂柵結(jié)構(gòu)的非雙極性溝道反相器，包括襯底1，在襯底I 上依次設(shè)有的電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8，覆蓋在電源供應(yīng)端電極6和輸出端電極7上的溝道5 (ρ型溝道)，覆蓋在輸出端電極7和接地電極8上的溝道4 (η型溝道)，覆蓋在溝道5和溝道4上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的輸入端電極2。如圖3所示，為現(xiàn)有技術(shù)中底柵結(jié)構(gòu)的雙極性溝道反相器，包括襯底I、設(shè)置在襯底I上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的溝道層9，襯底I與柵介質(zhì)層3之間設(shè)有輸入端電極2，并且輸入端電極2通過襯底I外延后引出，溝道層9上依次設(shè)有電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8。如圖4所示，為現(xiàn)有技術(shù)中頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性溝道反相器，包括襯底I，在襯底I上依次設(shè)有的電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8，覆蓋在這些電極上的溝道層9， 覆蓋在溝道層9上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的輸入端電極2。實施例I采用現(xiàn)有技術(shù)中圖I所示結(jié)構(gòu)制備本發(fā)明底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，如圖5所示，為本發(fā)明底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，包括襯底I、設(shè)置在襯底I上的柵介質(zhì)層3、分別設(shè)置在柵介質(zhì)層3上兩側(cè)的兩個溝道(溝道4和溝道5)，選用ρ型高摻雜的 P+Si襯底作為襯底I和輸入端電極，柵介質(zhì)層3為SiO2層，襯底I、輸入端電極和柵介質(zhì)層3 可采用中國電子科技集團公司第四十六所生產(chǎn)的熱氧化硅片Si02/p+Si(100)，其中，100指Si襯底的晶體取向。溝道4和溝道5均為氧化亞錫溝道層，溝道5上設(shè)有電源供應(yīng)端電極 6，溝道4上設(shè)有接地電極8，溝道4和溝道5之間設(shè)有輸出端電極7。輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極。該底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟I)選擇中國電子科技集團公司第四十六所生產(chǎn)的熱氧化硅片Si02/p+Si (100) 作為襯底I、輸入端電極和柵介質(zhì)層3，其中，柵介質(zhì)層3為SiO2層，柵介質(zhì)層3的厚度為 lOOnm，該ρ型高摻雜的p+Si襯底作為襯底I和輸入端電極，襯底I的厚度為O. 35mm,；2)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，在25°C條件下在放置了溝道掩模版的柵介質(zhì)層3上沉積厚度為50nm的氧化亞錫非晶薄膜，其后在Ar氣氣氛下進行第一次熱退火處理，第一次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，完成兩個氧化亞錫溝道層 (即溝道4和溝道5)的制備；3)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在步驟2)制備的氧化亞錫溝道層表面制備輸出端電極7、 電源供應(yīng)端電極6及接地電極8，電極材料為Ni/Au復(fù)合雙層薄膜，輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8的沉積溫度為25°C。輸出端電極7與電源供應(yīng)端電極6之間以及輸出端電極7與接地電極8之間的溝道長均為100 μ m、溝道寬均為1000 μ m，制備完輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8后在Ar氣氣氛下進行第二次退火處理，第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，最終完成底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器 (記為反相器A)的制備。實施例2采用現(xiàn)有技術(shù)中圖3所示結(jié)構(gòu)制備本發(fā)明底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，如圖6所示，為本發(fā)明底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，包括襯底I、設(shè)置在襯底I上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的溝道層9，選用ρ型高摻雜的p+Si襯底作為襯底I和輸入端電極，柵介質(zhì)層3為SiO2層，襯底I、輸入端電極和柵介質(zhì)層3可采用中國電子科技集團公司第四十六所生產(chǎn)的熱氧化硅片Si02/p+Si (100)，其中，100指Si襯底的晶體取向。溝道層9為氧化亞錫溝道層，溝道層9上依次設(shè)有電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8。輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極。該底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟I)選擇中國電子科技集團公司第四十六所生產(chǎn)的熱氧化硅片Si02/p+Si (100) 作為襯底I、輸入端電極和柵介質(zhì)層3，其中，柵介質(zhì)層3為SiO2層，柵介質(zhì)層3的厚度為 lOOnm，該ρ型高摻雜的p+Si襯底作為襯底I和輸入端電極，襯底I的厚度為O. 35mm ；2)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，在25°C條件下在放置了溝道掩模版的柵介質(zhì)層3上沉積厚度為50nm的氧化亞錫非晶薄膜，其后在Ar氣氣氛下進行第一次熱退火處理，第一次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，完成氧化亞錫溝道層(即溝道層9)的制備；3)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在步驟2)制備的氧化亞錫溝道層表面制備輸出端電極7、 電源供應(yīng)端電極6及接地電極8，電極材料為Ni/Au復(fù)合雙層薄膜，輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8的沉積溫度為25°C。輸出端電極7與電源供應(yīng)端電極6之間以及輸出端電極7與接地電極8之間的溝道長均為100 μ m、溝道寬均為1000 μ m，制備完輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8后在Ar氣氣氛下進行第二次退火處理，第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，最終完成底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器 (記為反相器B)的制備。實施例3采用現(xiàn)有技術(shù)中圖2所示結(jié)構(gòu)制備本發(fā)明頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，如圖7所示，為本發(fā)明頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，包括襯底1，在襯底I上依次設(shè)有的電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8，覆蓋在電源供應(yīng)端電極6和輸出端電極7 上的溝道5，覆蓋在輸出端電極7和接地電極8上的溝道4，覆蓋在溝道5和溝道4上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的輸入端電極2。襯底I為透明的石英玻璃，輸出端電極 7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極，溝道4和溝道5均為氧化亞錫溝道層。輸入端電極2為Al金屬電極。該頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟I)選擇市售的石英玻璃作為襯底1，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在襯底I上制備輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8，輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極，輸出端電極7與電源供應(yīng)端電極6之間以及輸出端電極7與接地電極8之間的溝道長均為100 μ m、溝道寬均為1000 μ m ；2)在制備完輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8的襯底I上放置溝道掩模版，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，在25°C條件下沉積厚度為50nm的氧化亞錫非晶薄膜，其后在Ar氣氣氛下進行第一次熱退火處理，第一次熱退火處理的條件在400°C 熱退火處理10分鐘，完成兩個氧化亞錫溝道層(即溝道4和溝道5)的制備；3)制備完兩個氧化亞錫溝道層后，采用磁控濺射設(shè)備和Al靶材制備柵介質(zhì)層3， 該柵介質(zhì)層3的材料為Al2O3,厚度為200nm，沉積溫度為25°C ;在柵介質(zhì)層3上，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在25°C下制備輸入端電極2,輸入端電極2為Al金屬電極,其后,在Ar氣氣氛下進行第二次退火處理，第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，最終完成頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器(記為反相器C)的制備。實施例4采用現(xiàn)有技術(shù)中圖4所示結(jié)構(gòu)制備本發(fā)明頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，如圖8所示，為本發(fā)明頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器，包括襯底I、在襯底I上依次設(shè)有的電源供應(yīng)端電極6、輸出端電極7和接地電極8、覆蓋在這些電極上的溝道層9，覆蓋在溝道層9上的柵介質(zhì)層3以及設(shè)置在柵介質(zhì)層3上的輸入端電極2。襯底I為透明的石英玻璃，輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極，溝道層9為氧化亞錫溝道層。輸入端電極2為Al金屬電極。該頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟I)選擇市售的石英玻璃作為襯底1，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在襯底I上制備輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8，輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8均采用鎳和金(Ni/Au)的復(fù)合雙層薄膜電極，輸出端電極7與電源供應(yīng)端電極6之間以及輸出端電極7與接地電極8之間的溝道長均為100 μ m、溝道寬均為1000 μ m ；2)在制備完輸出端電極7、電源供應(yīng)端電極6及接地電極8的襯底I上放置溝道掩模版，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，在25°C條件下沉積厚度為50nm的氧化亞錫非晶薄膜，其后在Ar氣氣氛下進行第一次熱退火處理，第一次熱退火處理的條件在400°C 熱退火處理10分鐘，完成氧化亞錫溝道層(即溝道層9)的制備；3)制備完氧化亞錫溝道層后，采用磁控濺射設(shè)備和Al靶材制備柵介質(zhì)層3，該柵介質(zhì)層3的材料為Al2O3，厚度為200nm，沉積溫度為25°C ;在柵介質(zhì)層3上，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備在25°C下制備輸入端電極2,輸入端電極2為Al金屬電極,其后,在Ar氣氣氛下進行第二次退火處理，第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘，最終完成頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器(記為反相器D)的制備。測試?yán)齀采用半導(dǎo)體參數(shù)儀(Keithley 4200)對實施例I制備的底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器A和實施例2制備的底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器B的輸出端電壓(Vin)隨輸入端電壓(V。」變化的特性曲線進行表征，反相器的增益(Gain)由以下公式計算得出 Gain = dV0Ut/dVinO實施例I制備的底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的表征結(jié)果如圖9 和圖10所示。實施例2制備的頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的表征結(jié)果如圖11和圖 12所示結(jié)果表明，本發(fā)明制備的反相器A和B都可以同時工作在第一象限和第三象限區(qū)， 而且具有較高增益。當(dāng)電源提供端電壓(Vdd)絕對值為30V時，反相器A在第一象限(見圖 9)和第三象限區(qū)(見圖10)的最高增益分別為16. 9和20. I。反相器B在第一象限(見圖 11)和第三象限區(qū)(見圖12)的最高增益分別為18. 6和19.8。因此，本發(fā)明制備的雙極性氧化亞錫反相器可同時工作在第一和第三象限中，并且具有較高的增益。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟1)選擇襯底，并進行柵介質(zhì)層及輸入端電極的制備；2)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，沉積氧化亞錫薄膜，之后進行第一次熱退火處理，完成氧化亞錫溝道層的制備；3)制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極，進行第二次退火處理，完成底柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備；或者，a)選擇襯底，在襯底上制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極；b)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，沉積氧化亞錫薄膜，之后進行第一次熱退火處理，完成氧化亞錫溝道層的制備；c)制備柵介質(zhì)層及輸入端電極，進行第二次退火處理，完成頂柵結(jié)構(gòu)的雙極性氧化亞錫反相器的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟b)中，所述的氧化亞錫薄膜的沉積溫度為5°C 300°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，所述的氧化亞錫薄膜的沉積溫度為10°c 50°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，所述的第一次熱退火處理和第二次退火處理均在惰性氣體中進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，所述的惰性氣體為IS氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟b)中，所述的第一次熱退火處理的條件在300°C至450°C熱退火處理I分鐘至20分鐘；步驟3)和步驟c)中，所述的第二次熱退火處理的條件在350°C至400°C熱退火處理 10分鐘至20分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟b)中，所述的第一次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘；步驟3)和步驟c)中，所述的第二次熱退火處理的條件在400°C熱退火處理10分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，步驟3)和步驟a)中，所述的輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極均采用雙層薄膜電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，所述的雙層薄膜電極為鎳和金的復(fù)合雙層薄膜電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，其特征在于，步驟3)和步驟a)中，所述的輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極均在電子束蒸發(fā)設(shè)備中進行制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極性氧化亞錫反相器的制備方法，包括以下步驟選擇襯底，并進行柵介質(zhì)層及輸入端電極的制備，或者，選擇襯底，在襯底上制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極；采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和氧化錫蒸發(fā)料，沉積氧化亞錫薄膜，之后進行第一次熱退火處理，完成氧化亞錫溝道層的制備；制備輸出端電極、電源供應(yīng)端電極及接地電極，進行第二次退火處理，或者制備柵介質(zhì)層及輸入端電極，進行第二次退火處理，從而制備底柵結(jié)構(gòu)或者頂柵結(jié)構(gòu)的反相器；本發(fā)明制備方法簡單可控，制備的雙極性氧化亞錫反相器可同時工作在第一和第三象限，且具有較高的增益，在光電子器件、鏡片、車窗、廣告、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域中應(yīng)用前景十分廣闊。
文檔編號H01L21/8254GK102593063SQ201210040980
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者劉志敏, 曹鴻濤, 梁凌燕 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所