一种低电压透明氧化物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低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法，该薄膜晶体管包括：衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。该透明氧化物薄膜晶体管以高介电常数ZrO2膜为栅电极绝缘层，实现了薄膜晶体管的全透明性和低电压开启特性，具有较高的开关比、载流子迁移率，在平板显示、透明电子器件和柔性显示等领域具有广泛的应用前景；采用其作为像素开关，大大提高了有源矩阵的开口率，从而提高了亮度，降低了功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜晶体管
，具体涉及一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，同时还涉及一种低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，简称TFT)是一种有源器件，因其较低的开启电压和较高开/关电流比的特性而被用作液晶显示器(LCD)中的开关控制器件。薄膜晶体管(TFT)是平板显示的核心器件，任何有源矩阵寻址的平板显示都依赖于TFT控制和驱动。由于TFT-LCD中的像素点由相应的TFT控制，为了适应平板显示大面积、高品质、低成本和高可靠性的发展，对TFT器件的要求越来越高。TFT的性能与制作TFT所采用的材料的载流子迁移率有关，若要提高TFT的性能，则需要提高材料的载流子迁移率。此外，应用于液晶显示器中的TFT还需具备良好的透光率，以提升显示效果。目前，广泛应用于各种显示的TFT技术以氢化非晶硅(a-Si:H)和低温多晶硅(LTPS)技术为主。受限于非晶硅TFT低载流子迁移率、非透明性以及多晶硅制备工艺相对较复杂、制作成本高等因素，其无法应用于平板显示周边驱动电路的元件集成，并且不能满足下一代平板显示对高清画质的要求，也不能适应OLED电流型驱动显示屏。而且a-Si薄膜是不透明的，它将占用像素中的一定面积，使有效显示面积减小，背光源的光不能全部通过像素。为了获得足够的亮度，就需要增加光源强度，从而增加功率消耗。另外，a-Si材料的能带间隙为1.7eV，在可见光范围内是光敏材料，在可见光照射下将产生额外的光生载流子，使TFT性能不稳定，因此每一像素单元TFT必须对光屏蔽，即增加不透明金属掩膜板(黑矩阵)来阻档光线对TFT的照射，这将增加TFT-LCD的工艺复杂性，提高成本，降低可靠性。因此，a-SiTFT局限于逻辑开关和低分辨率面板的应用。另一方面，低温多晶硅TFT有较高的载流子迁移率，具有反应速度快、高亮度、高清晰度等优点，可以满足下一代高清显示，适应于OLED电流型驱动显示屏，并有望实现显示矩阵和外围驱动集成于同一面板的板上系统。然而，当前的LTPS技术不能满足大屏幕显示对工艺的均匀性和一致性要求，因此其主要面向中小尺寸显示屏的应用。另外LTPS的制备工艺相对较复杂、制作成本高也制约了LTPSTFT更加广泛地应用，p-SiTFT技术同时具有工艺复杂、设备昂贵、成本高等缺点，其工艺温度对有机基板而言仍然太高，不能适应柔性显示的需求，而且LTPSTFT也不透明，严重阻碍了它在柔性显示和透明显示领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低电压透明氧化物薄膜晶体管。本专利技术的第二个目的是提供一种低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，包括：衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。所述薄膜晶体管整体为底栅顶电极结构。源电极、漏电极与有源层良好欧姆接触。本专利技术的低电压透明氧化物薄膜晶体管，在ITO导电玻璃上设置高介电常数的二氧化锆(ZrO2)绝缘介质薄膜层作为栅电极绝缘层，二氧化锆(ZrO2)作为栅电极绝缘层，具有高介电常数和低的漏电流，以及高达90％以上的透光率，作为绝缘层可以有效提高器件迁移率，获得较大的开态电流；在栅电极绝缘层上设置透明氧化物膜作为有源层，并在有源层上设置欧姆接触的ITO薄膜源电极、漏电极，形成上下两层金属氧化物构成的薄膜晶体管，其载流子迁移率较高，工艺温度低，透明度好；在平板显示、透明电子器件和柔性显示等领域具有广泛的应用前景；采用该低电压透明氧化物薄膜晶体管代替现有的a-SiTFT作为像素开关，大大提高了有源矩阵的开口率，从而提高了亮度，降低了功耗。所述透明氧化物膜为掺杂氧化锌透明导电氧化物膜。优选的，所述透明氧化物膜为铟、钛或镓掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明氧化物膜中，掺杂物(铟、钛或镓)的质量百分含量为1％～5％。即所述透明氧化物膜具体为铟掺杂氧化锌(InZnO)、钛掺杂氧化锌(TiZnO)或镓掺杂氧化锌(GaZnO)膜。所述栅电极绝缘层的厚度为200～300nm。所述有源层的厚度为80～120nm；所述源电极、漏电极的厚度为200～300nm。所述透明ITO(氧化锡掺杂氧化铟)膜中，氧化锡与氧化铟的质量比为10：90。本专利技术的低电压透明氧化物薄膜晶体管，是采用溶胶凝胶法在ITO导电玻璃上制备栅电极绝缘层，采用磁控溅射法分别依次制备有源层和源电极、漏电极。一种上述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：1)采用溶胶凝胶法，将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层，得半成品B：3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极，即得。步骤1)中，所述乙酰丙酮锆溶液中，乙酰丙酮锆的浓度为0.1～0.2mol/L，所用的溶剂为乙醇与乙醇胺的混合液。所述乙酰丙酮锆溶液中，乙醇与乙醇胺的体积比为1～2:1。ITO导电玻璃使用前经过清洗。所述清洗是用去离子水、丙酮、乙醇依次清洗ITO导电玻璃。步骤1)中，匀胶成膜的匀胶条件为：低速600～800r/min保持3～5s后再高速4000～4200r/min保持40～45s。所述匀胶成膜的具体操作为：将ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液置于ITO栅电极上，打开匀胶机，在转速为600～800r/min低转速和4000～4200r/min高转速情况下分别转动匀胶3～5s和40～45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀。步骤1)中，所述退火的温度为240～260℃，保温时间为45～50min。退火后自动降温。在制备过程中，可以根据需要重复匀胶成膜和退火的步骤，至制备出满足需求(厚度)的栅电极绝缘层。步骤2)和3)中，磁控溅射法中，通入真空室的气体氧气与氩气的混合气体或氩气，磁控溅射的功率为80～120W。步骤2)和3)中，所述磁控溅射法均包括下列步骤：a)将衬底安装掩膜版后置于真空室中，将真空室抽真空至真空度为10-5Pa；b)向真空室内通入氧气与氩气的混合气体或氩气，使真空室内压强为1～10Pa；...

【技术保护点】
一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括：衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。

【技术特征摘要】
1.一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。
2.根据权利要求1所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述透明氧
化物膜为铟、钛或镓掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明氧化物膜中，掺杂物的质量
百分含量为1％～5％。
3.根据权利要求1或2所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述栅
电极绝缘层的厚度为200～300nm。
4.根据权利要求1或2所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述有
源层的厚度为80～120nm；所述源电极、漏电极的厚度为200～300nm。
5.一种如权利要求1所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法，将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得
具有栅电极绝缘层的半成品A；
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极...

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