具有叠层有源层的薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有叠层有源层的薄膜晶体管及其制备方法。所述具有叠层有源层的薄膜晶体管由至少两组子有源层依次叠设沉积构成有源层，子有源层包括一层导体/半导体层和一层绝缘层，绝缘层沉积于所述导体/半导体层上。导体/半导体层为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，绝缘层为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，其中A、B分别代表金属元素；三元氧化物ABO中A元素为Al、Zr、Hf、La或Lu，B元素为Zn或In。有源层通过脉冲激光沉积方式制备而成，且不需要退火。本发明专利技术能够以低温工艺制备出高迁移率、高稳定性的薄膜晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜晶体管
，具体涉及一种具有叠层有源层的薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，简称TFT)，是一种用途广泛的半导体器件，其最重要的用途是在显示器中用于驱动液晶排列变化、以及驱动OLED像素发光。随着大尺寸、高分辨率、高刷新率显示器的普及，迫切需要TFT器件具有良好的性能。传统的TFT器件采用单层半导体材料作为有源层，这种结构的TFT对于半导体材料的迁移率及稳定性要求较高，然而实际中，高迁移率和高稳定性往往不可兼得。文献Artificialsemiconductor/insulatorsuperlatticechannelstructureforhigh-performanceoxidethin-filmtransistors(DOI:10.1038)公开了一种叠层有源层结构的TFT，有源层由半导体层ZnO和绝缘体层Al2O3多次交替沉积而成，这种叠层结构形成了二维电子气(2DEG)，迁移率相当优秀；此外，Al2O3一定程度上降低了ZnO缺陷的密度，提升了沉积薄膜表面的平整度，保证了器件稳定性。然而以上的技术方案存在几个缺陷：1)ZnO和Al2O3交替沉积后界面上存在着缺陷，为了消除缺陷需要使用退火工艺，以塑料为衬底的柔性器件不适用于高温退火环境，因此该方案无法推广到柔性器件制造上；2)该方案统一使用原子层沉积方式(简称ALD方式)进行沉积，通过ALD方式沉积的绝缘体层Al2O3禁带宽度较小，容易出现载流子的隧穿，这种现象会导致器件性能尤其是迁移率的下降。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种具有叠层有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管实现高迁移率、高稳定性并且适用于低温工艺。本专利技术的另一目的在于提供上述具有叠层有源层的薄膜晶体管的制备方法。该制备方法能够以低温工艺制备出高迁移率、高稳定性的薄膜晶体管。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种具有叠层有源层的薄膜晶体管，在衬底上依次设置有栅极、栅极绝缘层、有源层和源漏电极；所述有源层由至少两组子有源层依次叠设沉积构成，所述子有源层包括一层导体/半导体层和一层绝缘层，所述绝缘层沉积于所述导体/半导体层上，其中，所述导体/半导体层较所述绝缘层靠近所述栅极；所述导体/半导体层为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，所述绝缘层为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，其中A、B分别代表金属元素。优选的，所述三元氧化物ABO中A元素为Al、Zr、Hf、La或Lu，B元素为Zn或In。优选的，所述三元氧化物ABO中A元素为Al，B元素为Zn。优选的，所述二元氧化物AO中A元素为Al、Zr、Hf、La或Lu。优选的，所述有源层在室温下通过脉冲激光沉积方式制备而成，且不需要退火。本专利技术同时提供一种制备上述的具有叠层有源层的薄膜晶体管的方法，步骤如下：(1)室温下通过直流磁控溅射沉积栅极；(2)通过阳极氧化生长栅极绝缘层；(3)室温下通过脉冲激光沉积的方法制备有源层；(4)室温下通过直流磁控溅射沉积源漏电极。本专利技术在室温下通过脉冲激光沉积方式制备有源层，且不进行退火处理。步骤(3)中脉冲激光沉积制备仪器本底真空度为2.0×10-4Pa，采用KrF准分子激光并在波长为248nm、频率为5Hz的条件下制备。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术提供一种具有叠层有源层的薄膜晶体管及其制备方法，采用同时具有A元素的两种氧化物交叠沉积而成作为有源层，能够在室温下以PLD方式制备，不需要退火工艺，本专利技术能够以低温工艺制备出高迁移率、高稳定性的薄膜晶体管。附图说明图1是本专利技术制备的具有叠层有源层的薄膜晶体管的示意图，其中，01-衬底，02-栅极，03-栅极绝缘层，04-导体/半导体层，05-绝缘层，06-源漏电极。图2是本专利技术具有叠层有源层的薄膜晶体管的有源层的电子散射示意图。图3是本专利技术制备的具有叠层有源层的薄膜晶体管的高分辨透射电镜截面图。图4是本专利技术制备的具有叠层有源层的薄膜晶体管的转移曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1。一种具有叠层有源层的薄膜晶体管，如图1所示，在衬底01上依次设置有栅极02、栅极绝缘层03、有源层和源漏电极06。其中有源层由至少两组子有源层依次叠设沉积构成，本实施例中为两组。子有源层包括一层导体/半导体层04和一层绝缘层05，绝缘层05沉积于导体/半导体层04上，其中，导体/半导体层04较绝缘层05靠近栅极02。导体/半导体层04为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，绝缘层05为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，其中A、B分别代表金属元素。三元氧化物ABO中A元素为Al、Zr、Hf、La或Lu，B元素为Zn或In。优选，三元氧化物ABO中A元素为Al，B元素为Zn。有源层在室温下通过脉冲激光沉积方式制备而成，且不需要退火。本实施例的子有源层，导体/半导体层04为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，绝缘层05为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，由于导体/半导体层04和绝缘层05均含有相同的元素A，因此，可以减小界面失配和缺陷，实现在室温下生长出高质量的叠层结构。用PLD沉积的Al2O3即AO有一个非常宽的禁带，具体为8.3eV，电子遂穿势垒非常大，大部分非AZO即ABO平面的电子无法通过遂穿Al2O3进入另一层的AZO，这些电子受到Al2O3的散射，通过弹性散射能量被耗尽或者通过非弹性散射转换为平行于AZO平面的电子。叠层结构总体的载流子浓度溅射，沿着平面方向的载流子数目增加，迁移率提高，如图2所示。专利US20150001467提到Al2O3/ZnO/Al2O3/ZnO这种叠层结构高温的工艺是必不可少的，因为不同材料的叠加会造成点阵常数失配。所以无法在低温下甚至在室温下生长高质量叠层薄膜。而其所采用ALD方式沉积叠层，所制备的Al2O3的禁带宽度只有6.66-6.9eV，更加容易遂穿，无法有效抑制非平面的电子遂穿。图3为本专利技术的器件的结构，从图中可以看出很明显的叠层结构，AZO和Al2O3的厚度分别为2.2nm和2.7nm。AZO为多晶结构，有许多不同取向的晶面，而Al2O3为非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有叠层有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管在衬底上依次设置有栅极、栅极绝缘层、有源层和源漏电极，其特征在于，所述有源层由至少两组子有源层依次叠设沉积构成，所述子有源层包括一层导体/半导体层和一层绝缘层，所述绝缘层沉积于所述导体/半导体层上，其中，所述导体/半导体层较所述绝缘层靠近所述栅极；所述导体/半导体层为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，所述绝缘层为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，其中A、B分别代表金属元素。

【技术特征摘要】
1.一种具有叠层有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管在衬底上依次设置有
栅极、栅极绝缘层、有源层和源漏电极，其特征在于，所述有源层由至少两组
子有源层依次叠设沉积构成，所述子有源层包括一层导体/半导体层和一层绝缘
层，所述绝缘层沉积于所述导体/半导体层上，其中，所述导体/半导体层较所述
绝缘层靠近所述栅极；
所述导体/半导体层为具有导体特性或者半导体特性的三元氧化物ABO，所
述绝缘层为具有绝缘体特性的二元氧化物AO，其中A、B分别代表金属元素。
2.根据权利要求1所述的具有叠层有源层的薄膜晶体管，其特征在于，所
述三元氧化物ABO中A元素为Al、Zr、Hf、La或Lu，B元素为Zn或In。
3.根据权利要求1所述的具有叠层有源层的薄膜晶体管，其特征在于，所
述三元氧化物ABO中A元素为Al，B元素为Zn。
4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，曾勇，刘贤哲，郑泽科，姚日晖，兰林锋，王磊，徐苗，邹建华，陶洪，彭俊彪，吴为敬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44