一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法和应用，包括在衬底上制备栅极、栅绝缘层、有源层和源漏极，所述有源层为镓锡氧化物半导体薄膜。本发明专利技术的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管，摒弃了目前主流氧化物半导体中常用的锌、铟等稀有金属，仅采用镓锡金属盐溶液即制备出高性能、低成本、稳定的氧化物半导体薄膜晶体管。本发明专利技术提供的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管具有较高的电子迁移率，电子迁移率可达8cm

【技术实现步骤摘要】
一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法和应用
本专利技术涉及晶体管领域，具体地，涉及一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，平板显示技术发展十分迅速。薄膜晶体管作为平板显示器有源矩阵的驱动，具有成本低，性能高等优点，广泛应用于显示
在薄膜晶体管技术中，金属氧化物薄膜晶体管已经吸引了国内外众多面板制造商的关注，是近几年来被广泛研究的一种新型薄膜晶体管技术。与传统的非晶硅薄膜晶体管相比，金属氧化物薄膜晶体管具有载流子迁移率高、亚阈值摆幅好等性能优势，更适合应用在高分辨率、大尺寸显示面板中。同时，传统的薄膜晶体管是利用真空工艺来制备的，包括射频磁控溅射、等离子增强化学气相沉积、真空蒸镀等高真空沉积方式。尽管真空制备的薄膜晶体管具有较好的电学性能和稳定性，但是高成本的真空设备和运作维护成本以及尺寸大小，已经成为限制其大规模应用的一个瓶颈。相反，金属氧化物薄膜晶体管除了能够用真空工艺制备之外，还有另外一个巨大的优势是可用溶液法工艺制得。不同于硅基薄膜晶体管，金属氧化物薄膜晶体管能够利用溶胶凝胶方法，将一些金属盐溶液在特殊环境氛围下发生反应，最终生成金属氧化物半导体薄膜。目前，溶液法制备的金属氧化物薄膜晶体管中采用的有源层材料主要有氧化铟镓锌(IGZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锌锡(ZTO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)等。这些材料基本都是以氧化锌或者氧化铟为基体，但是，由于铟、锌的应用成本较高。因此，很有必要研发一种高性能、低成本的半导体薄膜晶体管。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管。本专利技术的另一目的在于提供上述镓锡氧化物半导体薄膜晶体管在显示面板有源矩阵驱动、逻辑电路或光电探测中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括在衬底上制备栅极、栅绝缘层、有源层和源漏极，所述有源层为镓锡氧化物半导体薄膜；所述镓锡氧化物半导体薄膜的制备方法如下：S1：将镓金属盐和锡金属盐混合溶解于溶剂中，于搅拌条件下加热，然后室温熟化得前驱体溶液备用；S2：将S1所述前驱体溶液沉积在亲水预处理后的衬底上得半导体薄膜，对半导体薄膜进行退火处理即得所述镓锡氧化物半导体薄膜；其中，S1中，所述镓元素和锡元素的摩尔比为0.5～1.5：1，所述前驱体溶液中金属元素的浓度为0.05～0.5mol/L；S2中，所述退火处理包含两步：S21：将沉积得到的半导体薄膜在气体氛围中，预加热10～20min，加热温度为60～250℃；S22：将S21处理后的半导体薄膜于300～600℃条件下加热100～150min。在本专利技术中，退火处理第一步的主要目的是烘烤表面的溶剂，形成氧化物半导体薄膜；第二步的目的主要是烘干溶剂，并高温下充分反应，使氧化物半导体成键。优选地，S1中，所述镓元素和锡元素的摩尔比为0.7~1.2：1，所述前驱体溶液中金属元素的浓度为0.1~0.15mol/L。优选地，S21中，加热温度为150~180℃，加热时间为10~15min。优选地，S22中，加热温度为350~450℃，加热时间为120~150min。优选地，S1中，所述加热的温度为60～80℃，搅拌的时间为2～5h；所述熟化的时间为12h以上。优选地，S2中，所述亲水预处理为用氧气等离子体清洗处理、紫外臭氧处理或浓硫酸浸泡处理。更为优选地，所述衬底亲水预处理后的水接触角小于20度。优选地，所述制备方法还包括在衬底上制备钝化层；所述钝化层的制备方法为等离子增强化学气相沉积或原子层沉积法。更为优选地，所述钝化层的材料包括但不局限于氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化铪中的一种或多种。优选地，所述镓锡氧化物半导体薄膜晶体管为底栅顶、底栅底、顶栅顶或顶栅底接触结构。优选地，S2中，所述沉积的方法为旋涂、滴涂、刮涂、浸渍涂布或喷墨打印。更为优选地，所述沉积的方法为旋涂法，所述旋涂法指将前驱体溶液均匀滴在衬底后，旋涂机先低速以500～1000rpm的速度旋转5～10s，再高速以3000～5000rpm的速度旋转30～60s，得到半导体薄膜。优选地，S1中，所述镓金属盐为硝酸镓、氯化镓或醋酸镓中的一种或几种；所述锡金属盐为硝酸锡、硝酸亚锡、氯化锡或氯化亚锡中的一种或几种；所述溶剂为二甲氧基乙醇、乙二醇、乙酰丙酮、氨水、过氧化氢或水中的一种或几种。在本专利技术中，所述退火处理是指在含有氧气、氮气、臭氧、笑气或空气中的一种或多种环境下退火。优选地，S21中，所述气体氛围为含有氧气、氧元素、臭氧或氧离子的气体环境。优选地，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底，刚性衬底包括但不局限于玻璃、硅片、云母等；柔性衬底包括但不局限于高分子聚合物、金属箔片等。优选地，所述栅极和源漏极材料为铝、钼、铬、铂、金、银、铜、铟锡氧化物或纳米导电材料中的一种或多种；其制备方法包括蒸镀、溅射、丝网印刷或喷墨打印，且厚度范围在40～300nm。优选地，所述栅绝缘层包括但不局限于：氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化钇中的一种或多种；其制备方法为等离子增强化学气相沉积、原子层沉积或溶胶凝胶法。本专利技术同时保护上述制备方法制备得到的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管。上述镓锡氧化物半导体薄膜晶体管在显示面板有源矩阵驱动、逻辑电路或光电探测中的应用也在本专利技术的保护范围之内。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管，摒弃了目前主流氧化物半导体中常用的锌、铟等稀有金属，仅采用镓锡金属盐溶液制备出高性能、低成本、稳定的氧化物半导体薄膜晶体管。本专利技术提供的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管具有较高的电子迁移率，电子迁移率可达8cm2/(V·s)以上；并且可以通过调节Ga元素和Sn元素的含量来调节载流子迁移率，并使阈值电压在-20V到20V的范围内变化。附图说明图1为本专利技术实施例1所用的栅极和绝缘层的示意图；图2为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物半导体薄膜示意图；图3为本专利技术实施例1所制备的图形化镓锡氧化物半导体薄膜示意图；图4为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管（底栅顶接触结构）示意图；图5为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管施加钝化层示意图；图6为本专利技术实施例1制备底栅结构的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的工艺流程图；图7为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物薄膜晶体管（底栅底接触结构）示意图；图8为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物薄膜晶体管（顶栅顶接触结构）示意图；图9为本专利技术实施例1所制备的镓锡氧化物薄膜晶体管（顶栅底接触结构）示意图。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市购。实施例1镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备本实施例提供的镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法工艺流程图参看图6，该半导体薄膜晶体管为底栅顶接触结构。该镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法具体如下：（1）如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括在衬底上制备栅极、栅绝缘层、有源层和源漏极，所述有源层为镓锡氧化物半导体薄膜；所述镓锡氧化物半导体薄膜的制备方法如下：S1：将镓金属盐和锡金属盐混合溶解于溶剂中，于搅拌条件下加热，然后室温熟化得前驱体溶液备用；S2：将S1所述前驱体溶液沉积在亲水预处理后的衬底上得半导体薄膜，对半导体薄膜进行退火处理即得所述镓锡氧化物半导体薄膜；其中，S1中，所述镓元素和锡元素的摩尔比为0.5～1.5：1，所述前驱体溶液中金属元素的浓度为0.05～0.5mol/L；S2中，所述退火处理包含两步：S21：将沉积得到的半导体薄膜在气体氛围中，预加热10～20min，加热温度为60～250℃；S22：将S21处理后的半导体薄膜于300～600℃条件下加热100～150min。

【技术特征摘要】
1.一种镓锡氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括在衬底上制备栅极、栅绝缘层、有源层和源漏极，所述有源层为镓锡氧化物半导体薄膜；所述镓锡氧化物半导体薄膜的制备方法如下：S1：将镓金属盐和锡金属盐混合溶解于溶剂中，于搅拌条件下加热，然后室温熟化得前驱体溶液备用；S2：将S1所述前驱体溶液沉积在亲水预处理后的衬底上得半导体薄膜，对半导体薄膜进行退火处理即得所述镓锡氧化物半导体薄膜；其中，S1中，所述镓元素和锡元素的摩尔比为0.5～1.5：1，所述前驱体溶液中金属元素的浓度为0.05～0.5mol/L；S2中，所述退火处理包含两步：S21：将沉积得到的半导体薄膜在气体氛围中，预加热10～20min，加热温度为60～250℃；S22：将S21处理后的半导体薄膜于300～600℃条件下加热100～150min。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中，所述镓元素和锡元素的摩尔比为0.7~1.2：1，所述前驱体溶液中金属元素的浓度为0.1~0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘川，郑集文，王昭桂，李敏敏，柯秋坛，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44