一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置，制备方法的步骤为，将前驱体溶解于溶剂中、将前躯体的溶液以喷雾形式均匀覆盖在衬底上、使用激光束对覆盖在衬底上的前驱体溶液进行扫描照射，使前驱体溶液热解、固化、使用溶剂将衬底上未固化的区域洗去。本发明专利技术解决了现有氧化物薄膜晶体管制备方法工序复杂、成本高昂的问题，适用于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置
本专利技术属于半导体制备
，特别涉及了一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置。
技术介绍
氧化物薄膜晶体管是近年来涌现的一类具有高迁移率、高透光率、可大面积制备等优点的晶体管器件，被认为在显示领域有望取代目前广泛使用的非晶硅和多晶硅薄膜晶体管。氧化物半导体包括结晶氧化物(如ZnO)和非晶氧化物(如IGZO)。同时，适当掺杂的氧化物(如ITO)也表现出作为电极材料所需要的高导电率。而具有高介电常数的氧化物(如Al2O3)也适合作为薄膜晶体管的栅介质。目前业界常用的氧化物薄膜晶体管真空制备方法，如物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，存在着设备要求高、工艺复杂、成本高等缺点，不适于消费类电子产品需求量大、更新换代快的特点。以液态前躯体通过旋涂(spin-on)、印刷(inkjetprinting)等方式制备的氧化物薄膜晶体管具有工艺简单，成本低廉，性能优良等诸多优点，但同时也存在需要经过高温退火和光刻等步骤的问题，不利于柔性衬底的使用、制程的简化和成本的进一步降低。
技术实现思路
为了解决上述技术背景提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置，解决了现有氧化物薄膜晶体管制备方法工序复杂、成本高昂的问题，适用于大规模生产。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：(1)将前驱体溶解于溶剂中；(2)将前躯体的溶液以喷雾形式均匀覆盖在衬底上；(3)使用激光束对覆盖在衬底上的前驱体溶液进行扫描照射，使前驱体溶液热解、固化，并图形化，形成氧化物薄膜晶体管的组成结构；(4)使用溶剂将衬底上未固化的区域洗去并烘干，必要时进行退火。(5)重复(1)-(4)的步骤或采用常规方法制备步骤(3)未形成的氧化物薄膜晶体管的剩余组成结构。进一步地，所述前驱体采用金属有机化合物、金属盐、金属纳米颗粒或氧化物半导体纳米颗粒。进一步地，所述衬底的材质为玻璃、陶瓷、硅或塑料。进一步地，步骤(3)使用的激光束为连续波或脉冲波中的至少一种。进一步地，步骤(3)使用的激光束的波长范围是400nm～1200nm，激光束的能量密度范围是1kW/cm2～500kW/cm2。进一步地，步骤(2)和步骤(4)使用的溶剂为有机溶剂或无机溶剂。进一步地，氧化物薄膜晶体管的组成结构包括栅极、栅介质层、有源层、源电极和漏电极。基于上述氧化物薄膜晶体管的制备方法的制备装置，包括扫描激光器、雾化器、离轴显微摄像头和样品台；所述样品台用于放置衬底；所述离轴显微摄像头通过对衬底表面的CCD成像进行激光中心定位；所述雾化器向衬底表面均匀喷洒前驱体溶液；所述扫描激光器发出的激光束垂直指向衬底表面，根据计算机绘制的扫描图案对衬底表面的前驱体溶液进行扫描照射，使其选择性地热解-固化，形成氧化物薄膜晶体管的组成结构。进一步地，所述样品台能够沿水平或竖直方向移动。进一步地，所述雾化器采用超声雾化器。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术通过溶液前躯体激光沉积工艺实现了氧化物薄膜晶体管的制备，减少了传统真空镀膜和光刻工艺的使用，通过激光扫描实现器件的阵列化，具有操作简单、速度快、成本低、加工温度较低、空间分辨率高等优点。附图说明图1是本专利技术的制备方法流程图；图2是本专利技术的制备装置示意图；图3是本专利技术中前驱体溶液喷洒示意图；图4是本专利技术中激光扫描固化示意图；图5是本专利技术中利用溶剂清洗示意图；图6是实施例1底栅-底接触型的氧化物薄膜晶体管示意图；图7是实施例2底栅-顶接触型的氧化物薄膜晶体管示意图；图8是实施例3顶栅-顶接触型的氧化物薄膜晶体管示意图。标号说明：1、扫描激光器；2、雾化器；3、离轴显微摄像头；4、样品台；5、衬底；6、前驱体溶液；7、形成的氧化物薄膜晶体管的组成结构；8～13、实施例1中的有源层、源电极、漏电极、栅介质层、栅极和衬底；14～19、实施例2中的源电极、漏电极、有源层、栅介质层、栅极和衬底；20～25、实施例3中的栅极、栅介质层、源电极、漏电极、有源层和衬底。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将前驱体溶解于溶剂中。前驱体可以根据实际需求采用金属有机化合物、金属盐、金属纳米颗粒或氧化物半导体纳米颗粒。溶剂可以采用有机溶剂或无机溶剂。步骤2、将前躯体的溶液以喷雾形式均匀覆盖在衬底上。衬底的材质根据实际需求可以采用玻璃、陶瓷、硅或塑料。步骤3、使用激光束对覆盖在衬底上的前驱体溶液进行扫描照射，使前驱体溶液热解、固化，并图形化，形成氧化物薄膜晶体管的所有或部分组成结构。激光束为连续波或脉冲波中的至少一种，激光束的波长范围是400nm～1200nm，激光束的能量密度范围是1kW/cm2～500kW/cm2。氧化物薄膜晶体管的组成结构通常包括栅极、栅介质层、有源层、源电极和漏电极。步骤4、使用溶剂将衬底上未固化的区域洗去并烘干，必要时进行退火。步骤5、制备步骤3未形成的氧化物薄膜晶体管的剩余组成结构。如图2所示，基于上述制备方法的制备设备，包括扫描激光器1、雾化器2、离轴显微摄像头3和样品台4；所述样品台4用于放置衬底5；所述离轴显微摄像头3通过对衬底表面的CCD成像进行激光中心定位；所述雾化器2向衬底表面均匀喷洒前驱体溶液6，如图3所示；所述扫描激光器1发出的激光束垂直指向衬底表面，根据计算机绘制的扫描图案对衬底表面的前驱体溶液进行扫描照射，使其选择性地热解-固化，形成氧化物薄膜晶体管的组成结构，如图4所示。最后使用溶剂将未固化区域的溶液前驱体洗去，留下的即是氧化物薄膜晶体管的某组成结构7，如图5所示。扫描激光器光源采用脉冲光纤激光器；输出波长为1064nm；频率20-100KHz；额定功率1W；扫描功能通过数字振镜实现，扫描范围为100*100mm；最小聚焦光斑5μm；重复精度1μm；该扫描激光器具有红光自动对焦功能。雾化器为超声雾化器；谐振频率45kHz；喷雾粒径约50μm；适用液体粘度<100CPS。离轴显微摄像头选配7-180倍连续变焦体视显微镜；工作距离10cm；安装在双杠万向支架上，实现任何需要的方向观察；并配以CCD摄像头。氧化物薄膜晶体管的结构通常为底栅-顶接触型、底栅-底接触型、顶栅-底接触型或顶栅-顶接触型。实施例1：以底栅-底接触型的氧化物薄膜晶体管为例，如图6所示，这种氧化物薄膜晶体管从上至下依次为有源层8、源电极9、漏电极10、栅介质层11、栅电极12和衬底13。其中，衬底13采用带氧化层的硅片；栅介质层11和栅电极12分别为热蒸发制备的Au电极和等离子体增强化学沉积制备的SiO2，均通过光刻方法图形化；源电极9和漏电极10同样为光刻方法图形化的Au电极；有源层10采用喷雾溶液前躯体激光沉积制备。方法如下：In(NO3)3·6H2O、Ga(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)2·6H2O被溶解于乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)和乙醇胺(ethanolamine)的混合液中，作为IGZO有源层的前躯体溶液。乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂。溶液中金属的总浓度为0.05mol/L。将衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将前驱体溶解于溶剂中；(2)将前躯体的溶液以喷雾形式均匀覆盖在衬底上；(3)使用激光束对覆盖在衬底上的前驱体溶液进行扫描照射，使前驱体溶液热解、固化，并图形化，形成氧化物薄膜晶体管组成结构；(4)使用溶剂将衬底上未固化的区域洗去并烘干，必要时进行退火；(5)重复(1)‑(4)的步骤或采用常规方法制备步骤(3)未形成的氧化物薄膜晶体管的剩余组成结构。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将前驱体溶解于溶剂中；(2)将前躯体的溶液以喷雾形式均匀覆盖在衬底上；(3)使用激光束对覆盖在衬底上的前驱体溶液进行扫描照射，使前驱体溶液热解、固化，并图形化，形成氧化物薄膜晶体管组成结构；(4)使用溶剂将衬底上未固化的区域洗去并烘干，必要时进行退火；(5)重复(1)-(4)的步骤或采用常规方法制备步骤(3)未形成的氧化物薄膜晶体管的剩余组成结构。2.根据权利要求1所述一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述前驱体采用金属有机化合物、金属盐、金属纳米颗粒或氧化物半导体纳米颗粒。3.根据权利要求1所述一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述衬底的材质为玻璃、陶瓷、硅或塑料。4.根据权利要求1所述一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)使用的激光束为连续波和脉冲波中的至少一种。5.根据权利要求1所述一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)使用的激光束的波长范围是400nm～...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯亚辉，邵峰，万青，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32