一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法技术

本发明专利技术属于薄膜晶体管技术领域，公开了一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法。室温下依次用射频磁控溅射在衬底上沉积一层Al2O3缓冲层，用射频磁控溅射沉积一层Nd‑IZO半导体层，用直流磁控溅射沉积一层ITO源漏电极，用射频磁控溅射沉积一层Al2O3栅极绝缘层，用直流磁控溅射沉积一层ITO栅电极；整个器件在大气环境下350℃～400℃热退火1h，并自然冷却，得到全透明顶栅结构薄膜晶体管。本方法能实现只用磁控溅射设备制备顶栅结构薄膜晶体管，且器件具有优异的正负偏压稳定性和光照稳定性。

A method of preparing all transparent top grid structure thin film transistors by full magnetron sputtering

The invention belongs to the field of thin film transistor technology, and discloses a method for preparing a transparent transparent grid structure with top grid structure by full magnetron sputtering. A layer of Al2O3 buffer layer was deposited on the substrate by RF magnetron sputtering at room temperature. A layer of Nd IZO semiconductor layer was deposited by RF magnetron sputtering, a layer of ITO source leakage electrode was deposited by DC magnetron sputtering, a layer of Al2O3 gate insulating layer was deposited by RF magnetron sputtering, and a layer of ITO gate electrode was deposited by DC magnetron sputtering, and the whole device was deposited by DC magnetron sputtering. The whole transparent top grid structure TFT is annealed at 350 ~ 400 C in the atmosphere and annealed at 1H. This method can be used to prepare top grid thin film transistors using magnetron sputtering equipment, and the device has excellent positive bias voltage stability and light stability.

【技术实现步骤摘要】
一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法
本专利技术属于薄膜晶体管
，具体涉及一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法。
技术介绍
薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，简称TFT)，是一种用途广泛的三端有源半导体器件，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。薄膜晶体管通过栅极电压来控制半导体层半导体的载流子，从而实现器件的开或关态。其中薄膜晶体管中源漏电极提供电压以驱使载流子的定向移动形成电流。现有的薄膜晶体管主要有非晶硅、多晶硅、金属氧化物薄膜晶体管。但非晶硅迁移率低、多晶硅制备成本高且均匀性差，氧化物薄膜晶体管具有迁移率高、均匀性好、成本低等优点，近年来被广泛研究。但由于界面缺陷和半导体内的各种缺陷，氧化物薄膜晶体管的偏压稳定性和光照稳定性还存在很大问题。制备薄膜晶体管的方法主要有磁控溅射、射频脉冲沉积、原子层沉积和化学气相沉积等方法，射频脉冲沉积和原子层沉积设备昂贵且成膜速率慢，化学气相沉积等过程复杂且需要高温，磁控溅射法具有仪器设备简单、工艺过程简单、对环境无污染、耗材少、成膜均匀致密、可大面积制备且均匀性好等优点，采用全溅射可大大减小仪器设备投入和资源消耗。现有全溅射器件大部分采用底栅结构，研究发现，金属氧化物半导体对空气中的水氧极为敏感，为了提高器件稳定性，底栅结构器件经常需要沉积一层钝化层来保护有源层不受水氧影响，增加了工艺步骤。但顶栅结构器件半导体层先于绝缘层沉积，后续沉积的绝缘层能够保护半导体层不受空气中的水氧侵蚀，故顶栅结构的器件稳定性明显优于底栅结构器件。因此开发一种全磁控溅射的顶栅结构薄膜晶体管具有良好的应用前景。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的全透明顶栅结构薄膜晶体管。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法，包括如下制备步骤：(1)室温下用射频磁控溅射在衬底上沉积一层Al2O3缓冲层；(2)室温下用射频磁控溅射在Al2O3缓冲层上沉积一层图形化Nd-IZO半导体层；(3)室温下用直流磁控溅射在半导体层两侧沉积一层图形化ITO源漏电极，且源漏电极与半导体层部分重叠；(4)室温下用射频磁控溅射沉积一层图形化Al2O3栅极绝缘层，且栅极绝缘层完全盖住半导体层，部分盖住源漏电极，露出源漏电极引出线；(5)室温下用直流磁控溅射在栅极绝缘层上表面沉积一层图形化ITO栅电极，且ITO栅电极与ITO源漏电极部分重叠；(6)整个器件在大气环境下350℃～400℃热退火1h，并自然冷却，得到全透明顶栅结构薄膜晶体管。优选地，所述Al2O3缓冲层的厚度为27～50nm，所述Nd-IZO半导体层的厚度为7～15nm，所述ITO源漏电极的厚度为100～150nm，所述Al2O3栅极绝缘层的厚度为250～300nm，所述ITO栅电极的厚度为100～150nm。优选地，步骤(1)和步骤(4)中射频磁控溅射的本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击Al2O3靶材，溅射气压为1mTorr，O2/Ar流量比为0％，溅射功率为120W。优选地，步骤(2)中射频磁控溅射的本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击Nd-IZO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为5％，溅射功率为80W。优选地，步骤(3)和步骤(5)中直流磁控溅射的本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击ITO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为0％，溅射功率为100W。一种全透明顶栅结构薄膜晶体管，通过上述方法制备得到。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高稳定性顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管器件的制备方法，本方法能实现只用磁控溅射设备制备顶栅结构薄膜晶体管，且器件具有优异的正负偏压稳定性和光照稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例的一种全透明顶栅结构薄膜晶体管的层叠结构示意图，其中，01-衬底，02-缓冲层，03-半导体层，04-源漏电极，05-栅极绝缘层，06-顶栅电极。图2为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管在不同电压下的输出特性曲线图。图3为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的负偏压(NBS)稳定性测试结果图。图4为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的正偏压(PBS)稳定性测试结果图。图5为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的负偏压光照(NBIS)稳定性测试结果图。图6为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的正偏压光照(PBIS)稳定性测试结果图。图7为本专利技术实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的阈值电压漂移测试结果图。具体实施方式下面结合实施例及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。实施例本实施例的一种全透明顶栅结构薄膜晶体管，其层叠结构示意图如图1所示，在衬底01上依次设置有缓冲层02、半导体层03、源漏电极04、栅极绝缘层05和顶栅电极06。本实施例的全透明顶栅结构薄膜晶体管通过如下方法制备得到：(1)室温下用射频磁控溅射在衬底上沉积一层27nm厚的Al2O3缓冲层；(2)室温下用射频磁控溅射在Al2O3缓冲层上沉积一层7nm厚的Nd-IZO半导体层；(3)室温下用直流磁控溅射在半导体层两侧沉积一层140nm厚的ITO源漏电极，且源漏电极与半导体层部分重叠；(4)室温下通过射频磁控溅射沉积一层290nm厚的Al2O3栅极绝缘层，且栅极绝缘层完全盖住半导体层，部分盖住源漏电极，露出源漏电极引出线；(5)室温下用直流磁控溅射沉积一层140nm厚的ITO顶栅电极，且ITO顶栅电极与ITO源漏电极部分重叠；(6)整个器件在大气环境下400℃热退火1h，并自然冷却，得到全透明顶栅结构薄膜晶体管。本实施例步骤(1)和步骤(4)中所述Al2O3缓冲层和Al2O3栅极绝缘层所采用的射频磁控溅射条件为：本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击Al2O3靶材，溅射气压为1mTorr，O2/Ar流量比为0％，溅射功率为120W，溅射时间分别为为900s和3.5h。本实施例步骤(3)和步骤(5)中所述ITO源漏电极层和ITO顶栅电极层所采用的直流磁控溅射条件为：本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击ITO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为0％，溅射功率为100W，溅射时间均为600s。本实施例步骤(2)中所述Nd-IZO半导体层所采用的射频磁控溅射条件为：本底真空度为4×10-6mTorr，采用Ar离子轰击Nd-IZO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为5％，溅射功率为80W，溅射时间为300s。本实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管器件的迁移率达到4.25cm·V-1·S-1，亚阈值摆幅为0.34V/decade，开关比达到106，阈值电压为-0.97V。本实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管在不同电压下的输出特性曲线图如图2所示，可以看出其呈现良好的半导体特性。本实施例所得全透明顶栅结构薄膜晶体管的负偏压(NBS)稳定性测试结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)室温下用射频磁控溅射在衬底上沉积一层Al2O3缓冲层；(2)室温下用射频磁控溅射在Al2O3缓冲层上沉积一层图形化Nd‑IZO半导体层；(3)室温下用直流磁控溅射在半导体层两侧沉积一层图形化ITO源漏电极，且源漏电极与半导体层部分重叠；(4)室温下用射频磁控溅射沉积一层图形化Al2O3栅极绝缘层，且栅极绝缘层完全盖住半导体层，部分盖住源漏电极，露出源漏电极引出线；(5)室温下用直流磁控溅射在栅极绝缘层上表面沉积一层图形化ITO栅电极，且ITO栅电极与ITO源漏电极部分重叠；(6)整个器件在大气环境下350℃～400℃热退火1h，并自然冷却，得到全透明顶栅结构薄膜晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)室温下用射频磁控溅射在衬底上沉积一层Al2O3缓冲层；(2)室温下用射频磁控溅射在Al2O3缓冲层上沉积一层图形化Nd-IZO半导体层；(3)室温下用直流磁控溅射在半导体层两侧沉积一层图形化ITO源漏电极，且源漏电极与半导体层部分重叠；(4)室温下用射频磁控溅射沉积一层图形化Al2O3栅极绝缘层，且栅极绝缘层完全盖住半导体层，部分盖住源漏电极，露出源漏电极引出线；(5)室温下用直流磁控溅射在栅极绝缘层上表面沉积一层图形化ITO栅电极，且ITO栅电极与ITO源漏电极部分重叠；(6)整个器件在大气环境下350℃～400℃热退火1h，并自然冷却，得到全透明顶栅结构薄膜晶体管。2.根据权利要求1所述的一种全磁控溅射制备全透明顶栅结构薄膜晶体管的方法，其特征在于：所述Al2O3缓冲层的厚度为27～50nm，所述Nd-IZO半导体层的厚度为7～15nm，所述ITO源漏电极的厚度为100～150nm，所述Al2O3栅极绝缘层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，陈建秋，姚日晖，杨财桂，陶瑞强，周艺聪，邓宇熹，周尚雄，袁炜健，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44