一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜及其制造方法，包括复合晶型结构，所述复合晶型结构由晶粒和非晶型结构组成，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径为0.5～10纳米；所述无机金属氧化物薄膜用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在衬底上制得。本发明专利技术通过简单的方法将原材料沉积在衬底上，形成存在晶粒和非晶型结构的无机金属氧化物薄膜，晶粒的存在使得无机金属氧化物薄膜的原子排序更加有序，薄膜的载流子迁移率得到了提升；同时，由于晶粒与非晶型的框架的同时存在，使得薄膜保持较好的空间均匀性，从而使得相应的小尺寸器件在大尺寸的应用中保持良好均一的器件性能。本发明专利技术可以广泛应用于半导体领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜及其制造方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其是一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜及其制造方法。
技术介绍
下一代有源矩阵平板显示技术正朝着大尺寸、超高清、高帧率及外围电路全集成等方向发展。薄膜晶体管(TFT)作为显示面板的构成要素，要求其必须提供足够的电学驱动能力，即需要薄膜晶体管具备足够大的载流子迁移率。无机金属氧化物薄膜晶体管因其成本低廉、制造温度低、可见光透过率高和电学性能适中等特点，近来愈发受到关注与研究。其中，以非晶型铟镓锌氧化物(a-InGaZnO)为有源层的底栅型薄膜晶体管最具代表性。然而，由于非晶型铟镓锌氧化物材料自身微观结构与元素成分的限制，非晶型铟镓锌氧化物薄膜的载流子迁移率一般在10cm2/Vs左右，载流子迁移率较低，相应TFT的驱动能力并不能完全满足各类型面板的实际需求。根据K.A.Stewart等人(SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers,Vol.47,pp.944-946,2016及JournalofNon-CrystallineSolids,Vol.432,pp.196-199,2016)的研究，非晶型半导体材料理论上因原子的无序排列而存在载流子迁移率的上限。因此，要获得具有更高迁移率的无机金属氧化物材料，其微观结构不能局限于非晶微观结构，原子排列应更加有序。另一方面，对于常见的拥有大晶粒的低温多晶硅和多晶型无机金属氧化物薄膜而言，其载流子迁移率相对非晶型无机金属氧化物薄膜高，但是其随机分布的晶界会使得小尺寸器件在大尺寸面板上的均匀性变差。综上所述，合理设计薄膜的微观结构，并实现相应薄膜的制备，对于进一步拓展无机金属氧化物在薄膜晶体管乃至整个半导体器件领域的应用至关重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的第一目的在于：提供一种载流子迁移率高且器件均匀性好的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜。本专利技术的第二目的在于：提供一种工艺简单的和制得器件载流子迁移率高且均匀性好的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是：一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜，所述无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型结构，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径在0.5纳米至10纳米之间。进一步，所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物。本专利技术所采用的第二种技术方案是：一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，包括以下步骤：用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在衬底上，形成一层无机金属氧化物薄膜；所述无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型结构；所述原材料中包括至少一种具有晶体结构的无机金属氧化物。进一步，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径在0.5纳米至10纳米之间。进一步，所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物。进一步，所述原材料包括氧化铟、氧化锡、氧化镓、氧化锌、铟锡氧化物、铟镓氧化物、铟锌氧化物、锡镓氧化物、锡锌氧化物、镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡锌氧化物、氟掺杂氧化锡、氟掺杂铟锡氧化物、氟掺杂锡镓氧化物、氟掺杂锡锌氧化物、氟掺杂铟锡锌氧化物、氟掺杂铟镓锌氧化物和氟掺杂铟镓锡锌氧化物中的至少一种。进一步，还包括以下步骤：在氧气与惰性气体的混合气体、氧气或者空气中进行退火，退火温度为100℃至400℃。进一步，所述磁控溅射法的反应温度为23℃至400℃，所述磁控溅射法的反应气氛为氩气和氧气的组成的混合气体。进一步，所述衬底被固定在匀速自转的机构上。进一步，所述衬底是覆有缓冲层的硅衬底、玻璃衬底或者柔性材料衬底，所述缓冲层是二氧化硅层、氮化硅层或者氧化硅和氮化硅的组合层。本专利技术薄膜的有益效果是：包括复合晶型结构，同时具有晶粒和非晶型结构，晶粒的存在使得无机金属氧化物薄膜的原子排序更加有序，从而使得无机金属氧化物薄膜的载流子迁移率得到提升；同时，由于晶粒的大小在0.5纳米至10纳米之间，并且晶粒均匀分布并被非晶型的框架包围，使得无机金属氧化物薄膜具有良好的空间均匀性，从而具备优良且均匀的电学特性。相较于传统的具有纳米晶型的无机金属氧化物薄膜而言，具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜拥有更低的晶界密度，从而减少晶界引起的缺陷态，提高薄膜质量及其电学特性。本专利技术方法的有益效果是：包括用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在衬底上，形成一层无机金属氧化物薄膜的步骤，将包含晶体结构的无机金属氧化物的原材料沉积在衬底上，形成存在晶粒和非晶型结构的无机金属氧化物薄膜，本方法的制造工艺简单；由于晶粒的存在使得本方法制造的无机金属氧化物薄膜的原子排序更加有序，从而使得无机金属氧化物薄膜的载流子迁移率得到了提升；同时，由于晶粒与非晶型结构的同时存在，使得无机金属氧化物薄膜具有良好的空间均匀性，从而具备优良且均匀的电学特性。相较于传统的具有纳米晶型的无机金属氧化物薄膜而言，具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜拥有更低的晶界密度，从而减少晶界引起的缺陷态，提高薄膜质量及其电学特性。附图说明图1为本专利技术实施例2在衬底上沉积复合晶型铟锡锌氧化物薄膜后的横截面示意图；图2为本专利技术实施例2用磁控溅射法沉积复合晶型铟锡锌氧化物薄膜的示意图；图3为本专利技术实施例2的一种复合晶型铟锡锌氧化物薄膜的X射线衍射图谱；图4为本专利技术实施例2的一种复合晶型铟锡锌氧化物薄膜的高分辨透射电子显微镜图像；图5为本专利技术实施例3所制造的具有复合晶型的长沟道薄膜晶体管的转移特性曲线图；图6为本专利技术实施例3所制造的具有复合晶型的短沟道薄膜晶体管的转移特性曲线图。具体实施方式本专利技术一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜，所述无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型结构，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径在0.5纳米至10纳米之间。进一步作为优选的实施方式，所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物。参照图1，一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，包括以下步骤：用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在衬底101(衬底101可以是覆盖有缓冲层102的衬底)上，形成一层无机金属氧化物薄膜；所述无机金属氧化物薄膜的结构中存在晶粒和非晶型结构；所述原材料中包括至少一种具有晶体结构的无机金属氧化物。进一步作为优选的实施方式，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径在0.5纳米至10纳米之间。参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物，例如，铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物或者氟掺杂锡锌氧化物。进一步作为优选的实施方式，所述原材料包括氧化铟、氧化锡、氧化镓、氧化锌、铟锡氧化物、铟镓氧化物、铟锌氧化物、锡镓氧化物、锡锌氧化物、镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡锌氧化物、氟掺杂氧化锡、氟掺杂铟锡氧化物、氟掺杂锡镓氧化物、氟掺杂锡锌氧化物、氟掺杂铟锡锌氧化物、氟掺杂铟镓锌氧化物和氟掺杂铟镓锡锌氧化物中的至少一种。例如是铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物、氟掺杂锡锌氧化物、氧化锌和氧化铟的组合、氧化锡和氧化锌的组合、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜，其特征在于：包括复合晶型结构，所述复合晶型结构由晶粒和非晶型结构组成，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径为0.5～10纳米。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜，其特征在于：包括复合晶型结构，所述复合晶型结构由晶粒和非晶型结构组成，所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径为0.5～10纳米。2.根据权利要求1所述的一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜，其特征在于：所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物。3.一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在衬底上，形成一层无机金属氧化物薄膜；所述无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型结构；所述原材料中包括至少一种具有晶体结构的无机金属氧化物。4.根据权利要求3所述的一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，其特征在于：所述晶粒被非晶型的框架包围，所述晶粒的粒径在0.5纳米至10纳米之间。5.根据权利要求3所述的一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，其特征在于：所述无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物。6.根据权利要求3所述的一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜的制造方法，其特征在于：所述原材...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣盛，邓孙斌，郭海成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44