一種低電壓透明氧化物薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低電壓透明氧化物薄膜晶體管，同時還涉及一種低電壓透明氧化物薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜晶體管(Thin Film Transistor，簡稱TFT)是一種有源器件，因其較低的開啟電壓和較高開/關(guān)電流比的特性而被用作液晶顯示器(LCD)中的開關(guān)控制器件。薄膜晶體管(TFT)是平板顯示的核心器件，任何有源矩陣尋址的平板顯示都依賴于TFT控制和驅(qū)動。由于TFT-LCD中的像素點(diǎn)由相應(yīng)的TFT控制，為了適應(yīng)平板顯示大面積、高品質(zhì)、低成本和高可靠性的發(fā)展，對TFT器件的要求越來越高。TFT的性能與制作TFT所采用的材料的載流子迀移率有關(guān)，若要提高TFT的性能，則需要提高材料的載流子迀移率。此外，應(yīng)用于液晶顯示器中的TFT還需具備良好的透光率，以提升顯示效果。
[0003]目前，廣泛應(yīng)用于各種顯示的TFT技術(shù)以氫化非晶硅(a-S1:H)和低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)為主。受限于非晶硅TFT低載流子迀移率、非透明性以及多晶硅制備工藝相對較復(fù)雜、制作成本高等因素，其無法應(yīng)用于平板顯示周邊驅(qū)動電路的元件集成，并且不能滿足下一代平板顯示對高清畫質(zhì)的要求，也不能適應(yīng)OLED電流型驅(qū)動顯示屏。而且a-Si薄膜是不透明的，它將占用像素中的一定面積，使有效顯示面積減小，背光源的光不能全部通過像素。為了獲得足夠的亮度，就需要增加光源強(qiáng)度，從而增加功率消耗。另外，a-Si材料的能帶間隙為1.7eV，在可見光范圍內(nèi)是光敏材料，在可見光照射下將產(chǎn)生額外的光生載流子，使TFT性能不穩(wěn)定，因此每一像素單元TFT必須對光屏蔽，即增加不透明金屬掩膜板(黑矩陣)來阻檔光線對TFT的照射，這將增加TFT-1XD的工藝復(fù)雜性，提高成本，降低可靠性。因此，α-ε? TFT局限于邏輯開關(guān)和低分辨率面板的應(yīng)用。另一方面，低溫多晶硅TFT有較高的載流子迀移率，具有反應(yīng)速度快、高亮度、高清晰度等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足下一代高清顯示，適應(yīng)于OLED電流型驅(qū)動顯示屏，并有望實(shí)現(xiàn)顯示矩陣和外圍驅(qū)動集成于同一面板的板上系統(tǒng)。然而，當(dāng)前的LTPS技術(shù)不能滿足大屏幕顯示對工藝的均勻性和一致性要求，因此其主要面向中小尺寸顯示屏的應(yīng)用。另外LTPS的制備工藝相對較復(fù)雜、制作成本高也制約了LTPS TFT更加廣泛地應(yīng)用，P-Si TFT技術(shù)同時具有工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴、成本高等缺點(diǎn)，其工藝溫度對有機(jī)基板而言仍然太高，不能適應(yīng)柔性顯示的需求，而且LTPS TFT也不透明，嚴(yán)重阻礙了它在柔性顯示和透明顯示領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種低電壓透明氧化物薄膜晶體管。
[0005]本發(fā)明的第二個目的是提供一種低電壓透明氧化物薄膜晶體管的制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種低電壓透明氧化物薄膜晶體管，包括:
[0008]襯底，為ITO導(dǎo)電玻璃;所述ITO導(dǎo)電玻璃上層ITO導(dǎo)電膜為ITO柵電極；
[0009]柵電極絕緣層，為透明ZrO2膜，位于所述ITO柵電極上；
[0010]有源層，為透明氧化物膜，位于所述柵電極絕緣層上；
[0011]源電極、漏電極，均為透明ITO膜，分別位于所述有源層上。
[0012]所述薄膜晶體管整體為底柵頂電極結(jié)構(gòu)。源電極、漏電極與有源層良好歐姆接觸。
[0013]本發(fā)明的低電壓透明氧化物薄膜晶體管，在ITO導(dǎo)電玻璃上設(shè)置高介電常數(shù)的二氧化鋯(ZrO2)絕緣介質(zhì)薄膜層作為柵電極絕緣層，二氧化鋯(ZrO2)作為柵電極絕緣層，具有高介電常數(shù)和低的漏電流，以及高達(dá)90%以上的透光率，作為絕緣層可以有效提高器件迀移率，獲得較大的開態(tài)電流;在柵電極絕緣層上設(shè)置透明氧化物膜作為有源層，并在有源層上設(shè)置歐姆接觸的ITO薄膜源電極、漏電極，形成上下兩層金屬氧化物構(gòu)成的薄膜晶體管，其載流子迀移率較高，工藝溫度低，透明度好;在平板顯示、透明電子器件和柔性顯示等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景;采用該低電壓透明氧化物薄膜晶體管代替現(xiàn)有的a-Si TFT作為像素開關(guān)，大大提高了有源矩陣的開口率，從而提高了亮度，降低了功耗。
[0014]所述透明氧化物膜為摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電氧化物膜。優(yōu)選的，所述透明氧化物膜為銦、鈦或鎵摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電氧化物膜;所述透明氧化物膜中，摻雜物(銦、鈦或鎵)的質(zhì)量百分含量為1%?5%。即所述透明氧化物膜具體為銦摻雜氧化鋅(InZnO)、鈦摻雜氧化鋅(T i ZnO)或鎵摻雜氧化鋅(GaZnO)膜。
[0015]所述柵電極絕緣層的厚度為200?300nm。
[0016]所述有源層的厚度為80?120nm;所述源電極、漏電極的厚度為200?300nmo
[0017]所述透明ITO(氧化錫摻雜氧化銦)膜中，氧化錫與氧化銦的質(zhì)量比為10:90。
[0018]本發(fā)明的低電壓透明氧化物薄膜晶體管，是采用溶膠凝膠法在ITO導(dǎo)電玻璃上制備柵電極絕緣層，采用磁控濺射法分別依次制備有源層和源電極、漏電極。
[0019]—種上述的低電壓透明氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括下列步驟:
[0020]I)采用溶膠凝膠法，將乙酰丙酮鋯溶液在ITO導(dǎo)電玻璃上勻膠成膜，后退火，制得具有柵電極絕緣層的半成品A;
[0021]2)采用磁控濺射法在所得半成品A的柵電極絕緣層上制備有源層，得半成品B:
[0022]3)采用磁控濺射法在所得半成品B的有源層上制備源電極、漏電極，即得。
[0023]步驟I)中，所述乙酰丙酮鋯溶液中，乙酰丙酮鋯的濃度為0.1?0.2mo I/L，所用的溶劑為乙醇與乙醇胺的混合液。
[0024]所述乙酰丙酮鋯溶液中，乙醇與乙醇胺的體積比為I?2:1。
[0025]ITO導(dǎo)電玻璃使用前經(jīng)過清洗。所述清洗是用去離子水、丙酮、乙醇依次清洗ITO導(dǎo)電玻璃。
[0026]步驟I)中，勻膠成膜的勻膠條件為:低速600?800r/min保持3?5s后再高速4000?4200r/min 保持 40 ?45s。
[0027]所述勻膠成膜的具體操作為:將ITO導(dǎo)電玻璃放在勻膠機(jī)上，帶有ITO導(dǎo)電層薄膜(ΙΤ0柵電極)的一側(cè)向上放置，取乙酰丙酮鋯溶液置于ITO柵電極上，打開勻膠機(jī)，在轉(zhuǎn)速為600?800r/min低轉(zhuǎn)速和4000?4200r/min高轉(zhuǎn)速情況下分別轉(zhuǎn)動勾膠3?5s和40?45s，以使獲得的膠體薄膜分布均勻。
[0028]步驟I)中，所述退火的溫度為240?260°C，保溫時間為45?50min。退火后自動降溫。在制備過程中，可以根據(jù)需要重復(fù)勻膠成膜和退火的步驟，至制備出滿足需求(厚度)的柵電極絕緣層。
[0029]步驟2)和3)中，磁控濺射法中，通入真空室的氣體氧氣與氬氣的混合氣體或氬氣，磁控濺射的功率為80?120W。
[0030]步驟2)和3)中，所述磁控濺射法均包括下列步驟:
[0031]a)將襯底安裝掩膜版后置于真空室中，將真空室抽真空至真空度為10—5Pa;
[0032]b)向真空室內(nèi)通入氧氣與氬氣的混合氣體或氬氣，使真空室內(nèi)壓強(qiáng)為I?1Pa;[0033 ] c)開啟射頻電源進(jìn)行磁控濺射，磁控濺射的功率為80?120ffo
[0034]所述磁控濺射法中，所用的靶材為銦摻雜氧化鋅(InZnO)、鈦摻雜氧化鋅(TiZnO)、鎵摻雜氧化鋅(GaZnO)，摻雜物(銦、鈦或鎵)的質(zhì)量百分含量為I %?5%。所述陶瓷靶材純度不低于99.9%。磁控濺射過程中，靶材和襯底的距離在15cm。
[0035]上述制備方法中，有源層和源電極、漏電極均采用磁控濺