锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管制造技术

本实用新型专利技术涉及高控制力薄膜晶体管技术、柔性器件，具体涉及一种锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管，为提出薄膜晶体管及其制造技术方案，所述晶体管有较好的性能以及较高的工作频率和较强的栅极控制力，在柔性集成电路的制作、智能穿戴以及光电器件领域具有广泛的应用前景。为此，本实用新型专利技术采用的技术方案是，锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管，结构由下至上依次为PEN塑料衬底、氧化铟锡ITO底栅电极层、氧化锌栅极介质层、N型掺杂的锗纳米膜、ITO源漏电极层、顶部氧化锌栅极介质层及顶部栅氧层，所述N型掺杂的锗纳米膜是在锗纳米膜内形成有两处对称的N掺杂区，一处N掺杂区上方为源极，另一处N掺杂区上方为漏极。本实用新型专利技术主要应用于薄膜晶体管设计制造。

【技术实现步骤摘要】
锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管
本技术涉及高控制力薄膜晶体管技术、柔性器件，具体讲,涉及锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管。
技术介绍
柔性电子是将有机、无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子科技，在信息、能源、医疗、国防等领域都具有广泛应用。如印刷RFID(射频识别标签)、电子用表面粘贴、有机发光二极管OLED、柔性电子显示器等。与传统IC(集成电路)技术一样，柔性电子技术发展的主要驱动力是制造工艺和装备。在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件成为了制造的关键。本技术采用一种基于锗纳米膜制备的新型工艺，采用磁控溅射镀导电膜以及双介质层栅极，光刻后离子刻蚀以及HF(氢氟酸)湿法刻蚀的技术，将GOI(绝缘体上锗)上的锗纳米膜剥离以及转移到柔性可弯曲PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)衬底上，随后通过层层光刻以及刻蚀的方式形成一个双层栅极控制单沟道结构晶体管，将来有望在可穿戴电子，大规模柔性集成电路等方面取得广泛应用。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本技术旨在提出薄膜晶体管及其制造技术方案，所述晶体管有较好的性能以及较高的工作频率和较强的栅极控制力，在柔性集成电路的制作、智能穿戴以及光电器件领域具有广泛的应用前景。为此，本技术采用的技术方案是，锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管，结构由下至上依次为PEN塑料衬底、氧化铟锡ITO底栅电极层、氧化锌栅极介质层、N型掺杂的锗纳米膜、ITO源漏电极层、顶部氧化锌栅极介质层及顶部栅氧层，所述N型掺杂的锗纳米膜是在锗纳米膜内形成有两处对称的N掺杂区，一处N掺杂区上方为源极，另一处N掺杂区上方为漏极。在顶部栅氧层、ITO底栅电极层之间添加偏压，在源漏极下方掺杂区靠近栅氧化物之处会形成电子反型层，作为器件的导电沟道，器件导通，随后在源漏电极之间加上偏压，器件将会开始工作。本技术的特点及有益效果是：本技术在PEN塑料衬底上制备晶体管，实现器件的弯曲特性，此外相比较于传统硅衬底，能极大的改善器件的寄生效应，提高工作频率以及响应速度,可以实现弯曲状态下的晶体管的正常工作，大幅度提高栅极的控制能力，在智能穿戴柔性电子产品上实现广泛的应用。附图说明：图1为柔性双层栅极薄膜晶体管的三维立体图；图2为晶体管的剖面图；图3为技术的工作原理图。具体实施方式本技术以柔性衬底上的锗薄膜转移技术为基础，介绍了一种在PEN塑料上制备的顶底双栅驱动的高控制力薄膜晶体管的结构以及制备方案，晶体管的主要结构包含PEN塑料衬底，ITO栅电极层，新型ZnO栅极介质层，N型掺杂的锗纳米膜，ITO源漏电极层。本文采用一种新型的制备工艺，在涂有ITO导电层的PEN衬底上采用磁控溅射的方法涂上一层ZnO介质层作为底部栅氧层，在转移之后的锗薄膜的特定的未掺杂区上涂一层ZnO作为顶部栅氧层。接下来通过设计制备好的掩膜版层层光刻在GOI上转移下来的锗纳米膜上制备栅极与源漏电极，实现一个较高频率下工作以及栅极较高控制能力的顶底双栅结构晶体管的制备。晶体管有较好的性能以及较高的工作频率和较强的栅极控制力，在柔性集成电路的制作、智能穿戴以及光电器件领域具有广泛的应用前景。本技术的目的在于设计并制备一种基于柔性PEN衬底的双层栅结构的锗纳米膜晶体管，采用磁控溅射的低温工艺，在较为简便的工艺中设计并制备双层栅结构有较高的栅极驱动控制能力的柔性薄膜晶体管，采用顶底双栅结构极大丰富了晶体管作为电路元器件的用处。此外，采用底部和顶部ITO透明导电薄膜驱动，降低了生产成本，透光性能更加优良，使得该柔性器件在大规模集成电路和光电器件的应用提供了可能。本技术的技术方案在于采用磁控溅射工艺在PEN衬底上镀上ITO以及氧化锌栅介质膜，随后采用光刻形成图案以及离子注入的方式形成掺杂区，采用光刻以及离子刻蚀的方式形成方孔层，采用湿法HF刻蚀的方式形成锗纳米膜层，通过转移在PEN衬底上形成锗纳米膜，最后通过光刻以及磁控溅射的方式分别形成顶部氧化锌栅极介质层与源漏栅极透明电极层。完成晶体管的制备。一种锗纳米膜柔性同质介质层顶底双栅结构晶体管，在PEN衬底上制备锗纳米膜，采用ITO膜做为顶部和底部的栅电极，ZnO作为顶部和底部的栅氧层，从而实现在顶部和底部栅极对晶体管同时进行驱动，产生较高的控制驱动能力，单沟道双栅结构具有广泛的应用。在PEN塑料衬底上制备晶体管，实现器件的弯曲特性，此外相比较于传统硅衬底，能极大的改善器件的寄生效应，提高工作频率以及响应速度,可以实现弯曲状态下的晶体管的正常工作，大幅度提高栅极的控制能力，在智能穿戴柔性电子产品上实现广泛的应用。该柔性底栅同质介质层薄膜晶体管的主要工作原理在于通过在上下两个栅电极上添加偏压，在源漏掺杂区靠近栅氧化物之处会形成电子反型层，作为器件的导电沟道，器件导通，随后在源漏电极之间加上偏压，器件将会开始工作，即通过调节栅极电压来控制器件的导通与否，通过控制源漏之间的电压来控制源漏之间的电流。此外，由于上下两个栅电极的包裹作用使得栅极有较强的对于沟道电流的控制能力，同样的栅压下控制能力至少增强一倍，而柔性衬底可以减少传统硅基衬底MOSFTT晶体管的寄生效应，并可以在不同的弯曲程度之下工作，为高性能柔性电路的大规模集成以及可穿戴电子设备的广泛应用提供了可能。附图2各项已经在图中标注，对附图1说明：1为PEN柔性衬底，2为ITO底部透明栅极，3为氧化锌底栅介质层，4为锗纳米膜，5为锗薄膜上的孔层，6为n型漏掺杂区，7为氧化锌顶部栅介质层，8为n型源掺杂区，9为ITO透明源电极，10为ITO顶部透明栅电极，11为ITO透明漏电极。附图3为技术的工作原理图，在ITO顶部和底部两个栅电极中施加一定的偏压之后，通过顶部和底部的ITO导电薄膜，在顶部和底部的ITO层产生一定的电压，当施加的电压较小或者无偏压时，锗纳米薄膜层由于没有反型层的产生，即使在源漏之间添加电压，源漏之间也不会产生电流，器件关断。当电压足够大时，锗纳米薄膜层将在与栅氧层接触的表面处产生电子反型层，原本晶体中空穴居多的锗纳米薄膜上下两个表面，将产生电子数大于空穴数的表面反型区，此区域称之为器件的沟道区，随后，在N型掺杂的源漏极施加偏压，会产生源漏之间的电流，器件导通。本技术中的器件有较高的集成度，有更为广泛范围的应用。此外，本技术是集成在塑料衬底上的晶体管器件，当塑料衬底弯曲时，依旧可以满足器件的正常工作，可以在智能穿戴，人工皮肤，生物医疗、光电器件等方面取得更为广泛的应用。具体的制作工艺如下a.选用PEN柔性材料作为衬底，首先将PEN放进盛有丙酮溶液的烧杯中，然后在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的PEN在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到较为清洁的衬底。b.采用磁控溅射在PEN衬底上镀200nm厚ITO膜以及100nm厚ZnO底部介质栅层膜。c.选用GOI材料，在超声波清洗器中采用丙酮进行清洗，随后采用异丙醇洗净丙酮残留物，吹干GOI。d.在GOI表面涂上1813正型光刻胶，并使用匀胶机，设置转速为4000rpm,转动时间为30s，将光刻胶甩均匀，随后使用光刻机以及制作好的掩膜版进行光刻形成特定的掺杂区图案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管，其特征是，结构由下至上依次为PEN塑料衬底、氧化铟锡ITO底栅电极层、氧化锌栅极介质层、N型掺杂的锗纳米膜、ITO源漏电极层、顶部氧化锌栅极介质层及顶部栅氧层，所述N型掺杂的锗纳米膜是在锗纳米膜内形成有两处对称的N掺杂区，一处N掺杂区上方为源极，另一处N掺杂区上方为漏极。

【技术特征摘要】
1.一种锗纳米膜柔性透明型顶底双栅薄膜晶体管，其特征是，结构由下至上依次为PEN塑料衬底、氧化铟锡ITO底栅电极层、氧化锌栅极介质层、N型掺杂的锗纳米膜、ITO源漏电极层、顶部氧化锌栅极介质层及顶部栅氧层，所述N型掺杂的锗纳米膜是在锗纳米膜内形成有两处对称的N掺杂区，一处N掺杂区...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦国轩，裴智慧，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12