金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，主要步骤包括：提供所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液，采用喷雾热解法结合图案化的掩膜板，在衬底上沉积得到所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层，所述功能层包括栅电极、栅绝缘层、有源层和源漏电极。本发明专利技术实现了金属晶体管阵列中器件之间的有效隔离，且所制备的金属氧化物薄膜晶体管阵列具有良好的电学性质。本发明专利技术不仅避开了高成本真空薄膜制备工艺，同时也避免了光刻剥离等复杂的薄膜图案化过程，具有制备工艺简单、成本低廉、适合工业化生产等优势，在大面积电子电路制造方面有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子材料与元器件领域，具体涉及一种金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管是一种单极型场效应半导体器件，被广泛应用在有源阵列显示器、光电传感器、薄膜型存储器和气敏传感器等领域。它由栅电极、栅绝缘层、半导体有源层、源电极和漏电极组成，其中半导体有源层对器件性能和制造成本有至关重要的影响。以金属氧化物为有源层的薄膜晶体管具有场效应迁移率高、亚阈值摆幅小、可见光透过率高、制备温度低以及与硅基工艺基本兼容等诸多优点而备受关注。目前，金属氧化物薄膜晶体管的制备方法有脉冲激光沉积法、射频磁控溅射法、化学气相沉积法等传统方法以及化学溶液法。传统制备方法设备成本较高，对制备条件要求也比较高，需要真空、高温等条件。化学溶液法制备金属氧化物薄膜晶体管具有加工成本低、工艺简单、大面积生产方便等优点，在近几年引起了广泛的关注。然而采用化学溶液法制备薄膜晶体管阵列时，通常很难实现器件之间的相互隔离，后续的刻蚀过程有可能会损伤有源层，影响其性能。为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种制备工艺简单、成本低廉、适合工业化生产的金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，主要步骤包括：提供所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液，采用喷雾热解法结合图案化的掩膜板，在衬底上沉积得到所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层，所述功能层包括栅电极、栅绝缘层、有源层和源漏电极。基于上述，所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液包括栅电极前驱体溶液、栅绝缘层前驱体溶液、有源层前驱体溶液和源漏电极前驱体溶液；其中，所述栅电极前驱体溶液和所述源漏电极前驱体溶液包括氯化铟、氯化锡和无水乙醇，所述氯化铟和所述氯化锡的总浓度为0.1 mol/L～0.2 mol/L，且其中的铟离子和锡离子比例为9:1；所述栅绝缘层前驱体溶液包括硝酸铝和二甲氧基乙醇，所述硝酸铝的浓度为0.05 mol/L～0.1 mol/L；所述有源层前驱体溶液包括硝酸铟、硝酸锌和二甲氧基乙醇，所述硝酸铟和所述硝酸锌的总浓度为0.02 mol/L～0.05 mol/L，且其中的铟离子和锌离子比例为7:3～5:5。基于上述，所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，包括以下步骤：提供所述衬底，将带有栅电极阵列图案的掩膜板固定在所述衬底表面；将所述衬底加热到350℃～450℃之后，将所述栅电极前驱体溶液雾化喷涂在所述衬底的表面，所述栅电极前驱体溶液热分解后形成氧化铟锡薄膜，所述氧化铟锡薄膜的厚度为50 nm～100 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述衬底上形成所述栅电极阵列；提供带有栅绝缘层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述栅电极层阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到450℃～500℃后，将所述栅绝缘层前驱体溶液雾化喷涂在所述栅电极层阵列的表面，所述栅绝缘层前驱体溶液热分解后形成氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为40 nm～80 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述栅电极阵列上形成所述栅绝缘层阵列；提供带有有源层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述栅绝缘层阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到250℃～300℃后，将所述有源层前驱体溶液雾化喷涂在所述栅绝缘层阵列的表面，所述有源层前驱体溶液热分解后形成氧化铟锌薄膜，所述氧化铟锌薄膜的厚度为10 nm～20 nm；继续加热20 min～30 min后去掉所述掩膜板，在所述栅绝缘层阵列上形成所述有源层阵列；提供带有源漏电极阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述阵列有源层阵列的图案对准并固定在所述衬底上，将所述衬底加热到350℃～450℃，将所述源漏电极前驱体溶液雾化喷涂在所述阵列有源层的表面，所述源漏电极前驱体溶液热分解后形成氧化铟锡薄膜，所述氧化铟锡薄膜的厚度为50 nm～100 nm，继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述有源层阵列上形成所述源漏电极阵列，得到具有底栅结构的所述金属氧化物薄膜晶体管阵列。基于上述，所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，包括以下步骤：提供所述衬底，将带有源漏电极阵列图形的掩膜板固定在所述衬底表面；将所述衬底加热到350℃～450℃之后，将所述源漏电极前驱体溶液雾化喷涂在所述衬底的表面，所述源漏电极前驱体溶液热分解后形成氧化铟锡薄膜，所述氧化铟锡薄膜的厚度为50 nm～100 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述衬底上形成所述源漏电极阵列；提供带有有源层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述源漏电极阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到250℃～300℃后，将所述有源层前驱体溶液雾化喷涂在所述源漏电极阵列的表面，所述有源层前驱体溶液热分解后形成氧化铟锌薄膜，所述氧化铟锌薄膜的厚度为10 nm～20 nm；继续加热20 min～30 min后去掉所述掩膜板，在所述源漏电极阵列上形成所述有源层阵列；提供带有栅绝缘层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述源漏电极阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到450℃～500℃后，将所述栅绝缘层前驱体溶液雾化喷涂在所述源漏电极阵列的表面，所述栅绝缘层前驱体溶液热分解后形成氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为40 nm～80 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述有源层阵列上形成所述栅绝缘层阵列；提供带有栅电极阵列图形的掩膜板，将所述掩膜板与所述栅绝缘层阵列图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到350℃～450℃之后，将所述栅电极前驱体溶液雾化喷涂在所述栅绝缘层阵列的表面，所述栅电极前驱体溶液热分解后形成氧化铟锡薄膜，所述氧化铟锡薄膜的厚度为50 nm～100 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述栅绝缘层阵列上形成所述栅电极阵列，得到具有顶栅结构的所述金属氧化物薄膜晶体管阵列。本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术提供所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液，并利用喷雾热分解法结合图案化的掩膜板依次制备阵列的各功能层，实现了器件之间的有效隔离，且所制备的金属氧化物薄膜晶体管阵列具有良好的电学性质。喷雾热解法使得本专利技术避开了高成本真空薄膜制备工艺，工艺简单，有效降低了生产成本；而制备各功能层时使用带有功能层阵列图案的掩膜板，在各功能层形成的同时就实现了阵列中各器件的隔离，避免了光刻剥离等复杂的薄膜图案化过程，也避免了后续处理对晶体管结构的破坏和对性能的影响；进一步地，该方法可以通过调整掩膜板的大小来实现大面积晶体管阵列的制备，从而应用于工业化生产，在大面积电子电路制造方面有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术薄膜晶体管阵列的结构示意图。图2是本专利技术实施例1中薄膜晶体管的结构示意图。图3为实施例1制备的金属氧化物薄膜晶体管阵列的输出特性曲线图。图4为实施例1制备的金属氧化物薄膜晶体管阵列的转移特性曲线图。图5是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，其特征在于，主要步骤包括：提供所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液，采用喷雾热解法结合图案化的掩膜板，在衬底上沉积得到所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层，所述功能层包括栅电极、栅绝缘层、有源层和源漏电极。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，其特征在于，主要步骤包括：提供所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液，采用喷雾热解法结合图案化的掩膜板，在衬底上沉积得到所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层，所述功能层包括栅电极、栅绝缘层、有源层和源漏电极。2.根据权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物薄膜晶体管阵列的各功能层前驱体溶液包括栅电极前驱体溶液、栅绝缘层前驱体溶液、有源层前驱体溶液和源漏电极前驱体溶液；其中，所述栅电极前驱体溶液和所述源漏电极前驱体溶液包括氯化铟、氯化锡和无水乙醇，所述氯化铟和所述氯化锡的总浓度为0.1 mol/L～0.2 mol/L，且其中的铟离子和锡离子比例为9:1；所述栅绝缘层前驱体溶液包括硝酸铝和二甲氧基乙醇，所述硝酸铝的浓度为0.05 mol/L～0.1 mol/L；所述有源层前驱体溶液包括硝酸铟、硝酸锌和二甲氧基乙醇，所述硝酸铟和所述硝酸锌的总浓度为0.02 mol/L～0.05 mol/L，且其中的铟离子和锌离子比例为7:3～5:5。3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供所述衬底，将带有栅电极阵列图案的掩膜板固定在所述衬底表面；将所述衬底加热到350℃～450℃之后，将所述栅电极前驱体溶液雾化喷涂在所述衬底的表面，所述栅电极前驱体溶液热分解后形成氧化铟锡薄膜，所述氧化铟锡薄膜的厚度为50 nm～100 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述衬底上形成所述栅电极阵列；提供带有栅绝缘层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述栅电极层阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到450℃～500℃后，将所述栅绝缘层前驱体溶液雾化喷涂在所述栅电极层阵列的表面，所述栅绝缘层前驱体溶液热分解后形成氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为40 nm～80 nm；继续加热60 min～120 min后去掉所述掩膜板，在所述栅电极阵列上形成所述栅绝缘层阵列；提供带有有源层阵列图案的掩膜板，将所述掩膜板与所述栅绝缘层阵列的图案对准并固定在所述衬底上；将所述衬底加热到250℃～300℃后，将所述有源层前驱体溶液雾化喷涂在所述栅绝缘层阵列的表面，所述有源层前驱体溶液热分解后形成氧化铟锌薄膜，所述氧化铟锌薄膜的厚度为10 nm～20 nm；继续加热20 min～30 min后去掉所述掩膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新安，张伟风，李爽，杨光，刘献省，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41