一种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氧化物薄膜晶体管及其制备方法，通过在氧化物半导体层的上方沉积金属纳米粒子层，然后在其上制备自组装分子层，相比原有的氧化物薄膜晶体管器件结构多了一层金属纳米粒子层和自组装分子层，该自组装分子层能在不损伤氧化物半导体层的前提下有效修饰氧化物表面以降低氧化物半导体层的表面能，减少水、氧吸附和解吸附现象，从而提高器件的稳定性。同时，氧化物半导体之上的金属纳米粒子层能提高氧化物半导体的载流子的迁移率，有利于提高器件迁移率。此外，金属纳米粒子层和自组装分子层还能提高氧化物半导体层的抗蚀性，减少后续镀膜或刻蚀对其造成的损伤，可以不必另外制备保护层，简化了制备工艺，降低了制备成本。

An oxide thin film transistor and its preparation method

The invention discloses an oxide thin film transistor and its preparation method, through the above metal nanoparticle deposition layer on the oxide semiconductor layer, then the self-assembled molecular layer of oxide thin film transistor device structure, compared with the original more than a layer of metal nano particles and self-assembled molecular layer, the self-assembled molecular layer in the premise of no damage to the oxide semiconductor layer effectively modified oxide surface to reduce the surface of the oxide semiconductor layer can reduce water, oxygen adsorption and adsorption phenomena, so as to improve the stability of the device. At the same time, the metal nanoparticle layer above the oxide semiconductor can improve the mobility of the oxide semiconductor carrier and improve the mobility of the device. In addition, the metal nanoparticle layer and self assembled molecular layer can also improve the corrosion resistance of oxide semiconductor layer, reduce the damage caused by subsequent coating or etching, and do not need to prepare protective layer additionally, simplify the preparation process and reduce the preparation cost.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT，ThinFilmTransistor)主要应用于控制和驱动液晶显示器(LCD，LiquidCrystalDisplay)、有机发光二极管(OLED，OrganicLight－EmittingDiode)显示器的子像素，是平板显示领域中最重要的电子器件之一。平板显示方面，目前主要使用氢化非晶硅(a－Si：H)或多晶硅等材料的薄膜晶体管，然而氢化非晶硅材料的局限性主要表现在对光敏感、电子迁移率低(＜1cm2/Vs)以及电学参数稳定性差等方面，而多晶硅薄膜的局限性主要体现在电学性质均匀性差、制备温度高以及成本高等方面。基于氧化物的薄膜晶体管具有电子迁移率高(1～100cm2/Vs)、制备温度低(＜400℃，远低于玻璃的熔点)、成本低(只需要普通的溅射工艺即可完成)以及持续工作稳定性好的特点，其在平板显示领域尤其是有机发光显示(OLED)领域有替代传统的硅材料工艺薄膜晶体管的趋势，受到学术界和业界的关注和广泛研究。然而，由于氧化物半导体对空气中的水、氧比较敏感，用作氧化物半导体层时，水、氧在其表面的吸附与解吸附效应容易导致氧化物薄膜晶体管的电学稳定性差，表现在器件的正扫和回扫的转移特性曲线之间磁滞回线较大，阈值电压容易发生漂移等。为解决这些问题，现有技术通常是在氧化物半导体之上制备有机或无机钝化层，以提高器件的稳定性。常用的无机钝化层包括SiO2、SiNx、Al2O3、TiO2、和HfO2等，其中SiO2和SiNx是用得最多的无机钝化层，其水氧阻隔能力比较强，能有效保护背沟道不受气氛(水和氧分子)的影响，但存在如下几方面的问题：第一，SiO2通常由PECVD的方法制备，PECVD设备的价格一般比较昂贵，而且PECVD法沉积薄膜的过程中所用到的气体通常价格也比较贵，这类气体通常具有毒性、腐蚀性和爆炸性，这会对环境造成严重的污染；第二，这类无机钝化层通常是用干法刻蚀的方法完成，干法刻蚀同样需要用到昂贵的设备，也会污染环境；第三，无机薄膜的制备过程中不可避免地会产生等离子伤害或引入其他的杂质离子，这会恶化器件性能。目前已经证实PECVD法制备的SiNx和高温下(300－350℃)PECVD法制备的SiO2无法用于MO－TFT的钝化层，因为SiNx和SiO2制备的过程中引入的H杂质含量太高，导致器件无法关断。通常用作MO－TFT钝化层的SiO2薄膜是在低温下(150－250℃)通过PECVD法制备的，但低温下制备的SiO2薄膜质量较高温下的要差，器件可靠性差。像Al2O3、TiO2和HfO2这一类的无机薄膜通常通过溅射的方法制备，相比PECVD的方法，溅射沉积不会引入氢气，因此不会存在对有源层的氢掺杂问题，但通过溅射的方法制备的薄膜质量一般较差，更为严重的是溅射过程中的原子或离子将不可避免地对有源层进行轰击，这会损伤有源层从而恶化器件性能。相比无机绝缘薄膜，有机绝缘薄膜作钝化层可有效避免等离子对有源层的轰击，不会损伤氧化物半导体层；但有机绝缘聚合物是通过旋涂的方法涂敷在有源层上面，因而具有较差的界面偶合。此外，有机绝缘聚合物自身的长期稳定也比较差，无法保证器件的长期稳定性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法，具有高迁移率和高温定性，克服了现有技术的不足。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：一种氧化物薄膜晶体管，包括基板，所述基板上方设置有栅极，所述栅极上方设置有绝缘层，所述绝缘层上方设置有氧化物半导体层、源极和漏极，所述源极和漏极相互间隔并分别与氧化物半导体层的两端相接，所述氧化物半导体层上方的裸露面表面设置有金属纳米粒子层，所述金属纳米粒子层上方设置有自组装分子层。通过设置在氧化物半导体层上方的金属纳米粒子可以提高氧化物半导体层的导电性，从而提高器件的迁移率，通过自组装分子层与金属纳米粒子层进行自组装成键，可以有效抑制空气中水氧在氧化物半导体层表面的吸附与解吸附效应，从而极大地提高器件的稳定性。金属纳米粒子层和自组装分子层还能提高氧化物半导体层的抗蚀性，减少后续镀膜或者刻蚀对其造成的损伤，可以不必另外制备保护层，简化了制备工艺，降低了制备成本。进一步，所述金属纳米粒子层为具有高功函数的Au或者Pt纳米粒子。进一步，所述自组装分子层包含可以与Au或者Pt纳米粒子成键的自组装功能基团，所述自组装功能基团可以是吸电子基团，也可以是供电子基团。一种氧化物薄膜晶体管制备方法，包括以下步骤：S1：在基板上制备栅极；S2：在栅极上部制备绝缘层；S3：在绝缘层上部制备氧化物半导体层；S4：在绝缘层上部制备相互间隔并分别与氧化物半导体层的相接的源极和漏极；S5：在氧化物半导体层的裸露面表面制备金属纳米粒子层；S6：在金属纳米粒子层上部制备自组装分子层。该氧化物薄膜晶体管的制备方法，通过在氧化物半导体层的裸露面表面沉积金属纳米粒子层，然后在其上制备自组装分子层，相比原有的氧化物薄膜晶体管器件结构多了一层金属纳米粒子和自组装分子层，该自组装单分子层能在不损伤氧化物半导体层的前提下有效修饰氧化物表面以降低氧化物半导体层的表面能，减少水、氧吸附和解吸附现象，从而提高器件的稳定性。同时，氧化物半导体之上的金属纳米粒子能提高氧化物半导体的载流子的迁移率，有利于提高器件迁移率。此外，金属纳米粒子和自组装分子层还能提高氧化物半导体层的抗蚀性，减少后续镀膜或刻蚀对其造成的损伤，可以不必另外制备保护层，简化了制备工艺，降低了制备成本。进一步，所述步骤S1包括在基板上通过溅射的方法制备一层厚度为100－500nm的导电薄膜，并通过遮挡掩膜或者光刻的方法图形化制备栅极。进一步，所述步骤S2包括通过阳极氧化法、热氧化法、物理气相沉积法或者化学气相沉积法在栅极上部制备厚度为100～1000nm的绝缘薄膜，并通过遮挡掩膜或者光刻的方法图形化制备绝缘层。进一步，所述步骤S3包括通过溅射或者溶胶－凝胶的方法制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过掩膜或光刻的方法图形化制得氧化物半导体层；所述步骤S4包括采用真空蒸镀或者溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，采用掩模或光刻的方法图形化同时得到源极和漏极。进一步，所述步骤S4可以和步骤S3互换次序。进一步，所述步骤S5包括通过磁控溅射、热蒸镀、电子束沉积或者脉冲激光沉积的方法制备一层厚度为0.1～5nm的Au或者Pt纳米粒子，采用遮挡模的方法图形化，得到金属纳米粒子层。进一步，所述步骤S6包括通过旋涂、滴涂或者浸泡的方法制得自组装分子层：旋涂是将含功能基团的烷基硫醇滴至氧化物薄膜晶体管的金属纳米粒子上，然后通过旋涂甩干；滴涂是将含功能基团的烷基硫醇滴至金属纳米粒子上，然后让其自然干燥、吹干或烘干；浸泡是将含有氧化物半导体层和金属纳米粒子层的器件浸泡在含功能基团的烷基硫醇中，浸泡过程可以伴随室温至150℃的加热，然后将其取出甩干、吹干、烘干或自然干燥。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用的一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法，通过在氧化物半导体层的上方沉积金属纳米粒子层，然后在其上制备自组装分子层，相比原有的氧化物薄膜晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物薄膜晶体管，其特征在于，包括基板(10)，所述基板(10)上方设置有栅极(11)，所述栅极(11)上方设置有绝缘层(12)，所述绝缘层(12)上方设置有氧化物半导体层(13)、源极(14a)和漏极(14b)，所述源极(14a)和漏极(14b)相互间隔并分别与氧化物半导体层(13)的两端相接，所述氧化物半导体层(13)上方的裸露面表面设置有金属纳米粒子层(15)，所述金属纳米粒子层(15)上方设置有自组装分子层(16)。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物薄膜晶体管，其特征在于，包括基板(10)，所述基板(10)上方设置有栅极(11)，所述栅极(11)上方设置有绝缘层(12)，所述绝缘层(12)上方设置有氧化物半导体层(13)、源极(14a)和漏极(14b)，所述源极(14a)和漏极(14b)相互间隔并分别与氧化物半导体层(13)的两端相接，所述氧化物半导体层(13)上方的裸露面表面设置有金属纳米粒子层(15)，所述金属纳米粒子层(15)上方设置有自组装分子层(16)。2.根据权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述金属纳米粒子层(15)为具有高功函数的Au或者Pt纳米粒子。3.根据权利要求2所述的一种氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述自组装分子层(16)包含可以与Au或者Pt纳米粒子成键的自组装功能基团，所述自组装功能基团可以是吸电子基团，也可以是供电子基团。4.一种氧化物薄膜晶体管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在基板(10)上制备栅极(11)；S2：在栅极(11)上部制备绝缘层(12)；S3：在绝缘层(12)上部制备氧化物半导体层(13)；S4：在绝缘层(12)上部制备相互间隔并分别与氧化物半导体层(13)的两端相接的源极(14a)和漏极(14b)；S5：在氧化物半导体层(13)的裸露面表面制备金属纳米粒子层(15)；S6：在金属纳米粒子层(15)上部制备自组装分子层(16)。5.根据权利要求4所述的一种氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖鹏，袁健，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44