双极性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双极性薄膜晶体管及其制备方法，其中双极性薄膜晶体管包括衬底；位于衬底表面的栅电极和位于栅电极表面的栅介质层；位于栅介质层表面的氧化物沟道层；位于氧化物沟道层表面的源电极和漏电极；以及位于源电极和漏电极之间的氧化物沟道层表面的覆盖层。其中，覆盖层中的负电荷用于调节氧化物沟道层中的空穴浓度。其通过在氧化物沟道层表面沉积一层覆盖层，由覆盖层中的负电荷俘获氧化物沟道层中的自由空穴，达到调节氧化物沟道层中空穴浓度的目的，从而改善双极性薄膜晶体管的对称性。有效地解决了现有的磁控溅射沉积制备的底栅结构的双极性薄膜晶体管对称性较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
双极性薄膜晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种双极性薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
透明电子学是近期一个快速发展的领域。与传统的电子学器件相比，透明电子学器件在面向消费者的众多应用领域，特别是在显示器件领域具有更大的优势。由于氧化物双极性薄膜晶体管可以用来制备CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)电路，因此其可用来制备多种集成电路与功能模块，使整个电路模块透明化。采用氧化物双极性薄膜晶体管制备的这些透明电路可应用于光电子器件、镜片、车窗、广告、医疗设备等领域。目前，已报道的氧化物双极性薄膜晶体管多数表现为单类型电荷传导，即电子传导(n型)或空穴传导(p型)。但是基于单类型电荷传导的氧化物双极性薄膜晶体管用于制备CMOS电路时，制备工艺和器件结构较为复杂。而在双极性薄膜晶体管中，由于空穴和电子必须从源漏电极有效注入沟道，并通过静电势极性(即栅电压的正负)的控制分别操纵空穴和电子的输运。因此，采用双极性薄膜晶体管可简化电路的设计和制备流程，不需要繁多的图形化以及后续的掺杂步骤，从而大大减少相关器件、电路制造的复杂程度。双极性薄膜晶体管沟道的电学性能影响了双极性薄膜晶体管的场效应迁移率、开关比和开启电压。而场效应迁移率、开关比和开启电压则表征了双极性薄膜晶体管的对称性。目前，用于制备双极性薄膜晶体管的沟道的氧化物半导体材料为氧化亚锡，且以氧化亚锡为沟道的双极性薄膜晶体管的结构为传统的底栅结构。如：基于传统的底栅结构，在n型重掺杂热氧化硅片(n+-Si)上，采用脉冲激光沉积方法制备的以ITO(氧化铟锡)为源电极和漏电极的双极性氧化亚锡薄膜晶体管。以及采用电子束蒸发沉积方法，在p型重掺杂热氧化硅片(p+-Si)上制备了以Ni/Au为源电极和漏电极的双极性氧化亚锡薄膜晶体管。虽然通过上述方法制备出了具有双极性的薄膜晶体管，但是，由于电子束蒸发沉积方法和脉冲激光沉积方法均不利于大面积制备，因而很难实现产业化生产。而磁控溅射沉积方法，具有大面积均匀制备的特点，在产业化方面具有显著优势，是实现产业化生产的首选。但是，采用磁控溅射沉积方法制备出的基于底栅结构的双极性薄膜晶体管多表现为单极p型。即使具有双极性性能，其对称性也很差(开启电压很大，或n区开关比远小于p区开关比)，从而影响其在CMOS逻辑电路中的应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对磁控溅射沉积方法制备的基于底栅结构的双极性薄膜晶体管的双极性较差的问题，提供一种双极性薄膜晶体管及其制备方法。为实现本专利技术目的提供的一种双极性薄膜晶体管，包括：衬底；位于所述衬底表面的栅电极和位于所述栅电极表面的栅介质层；位于所述栅介质层表面的氧化物沟道层；位于所述氧化物沟道层表面的源电极和漏电极；以及位于所述源电极和所述漏电极之间的所述氧化物沟道层表面的覆盖层；其中，所述覆盖层中的负电荷用于调节所述氧化物沟道层中的空穴浓度。在其中一个实施例中，所述覆盖层的材质为绝缘的金属氧化物或氧化物半导体。在其中一个实施例中，所述覆盖层的材质为氧化铝或氧化硅。在其中一个实施例中，所述覆盖层的厚度大于或等于2nm。在其中一个实施例中，所述氧化物沟道层的材质为含零价锡的氧化亚锡；所述零价锡在所述氧化亚锡中所占的原子百分比为5％～42％。在其中一个实施例中，所述氧化物沟道层的厚度为10nm～50nm。在其中一个实施例中，所述源电极和所述漏电极均为Ni/Au合金金属电极。相应的，为实现上述任一种双极性薄膜晶体管，本专利技术还提供了一种双极性薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：在衬底表面由下而上依次制备栅电极和栅介质层；采用磁控溅射沉积方法，在所述栅介质层表面沉积氧化物沟道层；在所述氧化物沟道层表面制备源电极和漏电极；在所述源电极和所述漏电极之间的所述氧化物沟道层表面沉积覆盖层，然后进行退火处理；其中，覆盖层中的负电荷用于调节氧化物沟道层中的空穴浓度。在其中一个实施例中，采用所述磁控溅射沉积方法，在所述栅介质层表面沉积所述氧化物沟道层时，工作气体为氩气和氧气的混合气体，且所述氧气的含量为9.1％～15.5％；溅射功率为预设功率；气体压强为预设压强。在其中一个实施例中，所述进行退火处理时，退火温度为180℃～300℃；退火时间为0.5小时～8小时；退火气氛为空气。上述双极性薄膜晶体管及其制备方法的有益效果：其中，双极性薄膜晶体管包括衬底，位于衬底表面的栅电极和位于栅电极表面的栅介质层，位于栅介质层表面的氧化物沟道层，位于氧化物沟道层表面的源电极和漏电极，以及位于源电极和漏电极之间的氧化物沟道层表面的覆盖层。其中，覆盖层中的负电荷用于调节氧化物沟道层中的空穴浓度。其相对于传统的底栅结构的双极性薄膜晶体管，在氧化物沟道层表面，即氧化物沟道层的背沟道面(氧化物沟道层与栅介质层接触面的对面)增加了一层覆盖层。通过覆盖层中的负电荷俘获氧化物沟道层中的自由空穴，达到调节氧化物沟道层中的空穴浓度的目的，进而改善双极性薄膜晶体管的对称性。有效地解决了现有的磁控溅射沉积制备的底栅结构的双极性薄膜晶体管对称性较差的问题。附图说明图1为传统的双极性薄膜晶体管的结构示意图；图2为本专利技术的双极性薄膜晶体管一具体实施例的结构示意图；图3为本专利技术的双极性薄膜晶体管制备方法流程图；图4为采用本专利技术的双极性薄膜晶体管制备方法实施例1至实施例4分别制备的双极性薄膜晶体管和对比例1制备的双极性薄膜晶体管的转移特性曲线数据图；图5为采用本专利技术的双极性薄膜晶体管制备方法实施例2、实施例5和实施例6分别制备的双极性薄膜晶体管的转移特性曲线数据图；图6为采用本专利技术的双极性薄膜晶体管制备方法实施例7至实施例10分别制备的双极性薄膜晶体管的转移特性曲线数据图；图7为对比例2至对比例5分别制备的双极性薄膜晶体管的转移特性曲线数据图。具体实施方式为使本专利技术技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。参见图2，作为一具体实施例的双极性薄膜晶体管，包括：衬底110。位于衬底110表面的栅电极120和位于栅电极120表面的栅介质层130。位于栅介质层130表面的氧化物沟道层140。位于氧化物沟道层140表面的源电极150和漏电极160。以及位于源电极150和漏电极160之间的氧化物沟道层140表面的覆盖层170。其中，覆盖层170中的负电荷用于调节氧化物沟道层140中的空穴浓度。需要说明的是，栅介质层130表面以及氧化物沟道层140侧壁也可同时沉积源电极150和漏电极160。其相较于传统的底栅结构(参见图1)的双极性薄膜晶体管来说，在传统的双极性薄膜晶体管的底栅结构的基础上，在氧化物沟道层140的表面，即氧化物沟道层140的背沟道面增加了一层覆盖层170。通过覆盖层170中带负电的电荷(负电荷)俘获氧化物沟道层140中的自由空穴，达到调节氧化物沟道层140中的空穴浓度的目的。由于氧化物沟道层140中的空穴浓度影响双极性薄膜晶体管的场效应迁移率、开关比和开启电压，从而影响双极性薄膜晶体管的对称性。因此，通过增加一层覆盖层170，由覆盖层170中的负电荷来调节氧化物沟道层140中的空穴浓度，进而改善制备的双极性薄膜晶体管的场效应迁移率、开关比和开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极性薄膜晶体管，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的栅电极和位于所述栅电极表面的栅介质层；位于所述栅介质层表面的氧化物沟道层；位于所述氧化物沟道层表面的源电极和漏电极；以及位于所述源电极和所述漏电极之间的所述氧化物沟道层表面的覆盖层；其中，所述覆盖层中的负电荷用于调节所述氧化物沟道层中的空穴浓度。

【技术特征摘要】
1.一种双极性薄膜晶体管，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的栅电极和位于所述栅电极表面的栅介质层；位于所述栅介质层表面的氧化物沟道层；位于所述氧化物沟道层表面的源电极和漏电极；以及位于所述源电极和所述漏电极之间的所述氧化物沟道层表面的覆盖层；其中，所述覆盖层中的负电荷用于调节所述氧化物沟道层中的空穴浓度，所述覆盖层的厚度为2nm至40nm。2.根据权利要求1所述的双极性薄膜晶体管，其特征在于，所述覆盖层的材质为绝缘的金属氧化物或氧化物半导体。3.根据权利要求2所述的双极性薄膜晶体管，其特征在于，所述覆盖层的材质为氧化铝或氧化硅。4.根据权利要求1所述的双极性薄膜晶体管，其特征在于，所述氧化物沟道层的材质为含零价锡的氧化亚锡；所述零价锡在所述氧化亚锡中所占的原子百分比为5％～42％。5.根据权利要求1所述的双极性薄膜晶体管，其特征在于，所述氧化物沟道层的厚度为10nm～50nm。6.根据权利要求1所述的双极性薄膜晶体管，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁凌燕，曹鸿涛，罗浩，刘权，李秀霞，邓福岭，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33