一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：提供含有钐离子、铟离子的盐溶液；采用旋涂方式将所述盐溶液涂覆在在洁净的二氧化硅表面，并进行退火处理，在二氧化硅表面得到钐掺杂的金属氧化物薄膜，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm。本发明专利技术提供的制备方法具有工艺简单、可操作性强、产品表观均一性好、生产效率高，并且能够降低生产成本以及提高金属氧化物薄膜和二氧化硅界面间的载流子密度和钝化陷阱密度等特点，获得的金属氧化物薄膜的平整度高，并且有优异的电性能和稳定性。

A samarium doped metal oxide thin film transistor and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法和应用
本专利技术属于薄膜晶体管
，具体涉及一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法和应用。
技术介绍
金属氧化物薄膜晶体管作为平板显示器的关键器件，由于其具有高迁移率、亚阈值摆幅小、关态电流低、均匀性好等优异的电性能而越来越受到人们的重视，常见的金属氧化物有SnO、ZnO、IGZO、In2O3等。虽然In2O3金属氧化物半导体具有良好的薄膜质量，但是纯的In2O3薄膜晶体管存在阈值电压较大，关态电流大、偏置应力稳定性差等问题，这导致In2O3薄膜晶体管无法得到很好的推广应用。
技术实现思路
针对目前In2O3薄膜晶体管存在的阈值电压较大，关态电流大、偏置应力稳定性差等问题，本专利技术提供一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：提供含有钐离子、铟离子的盐溶液；采用旋涂方式将所述盐溶液涂覆在在洁净的二氧化硅表面，并进行退火处理，在二氧化硅表面得到钐掺杂的金属氧化物薄膜，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm。相应地，一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管，包括钐掺杂的金属氧化物薄膜，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜中钐的摩尔含量为2％～10％、厚度(4～10)nm、均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm。进一步地，一种平板显示设备，包括晶体管，所述晶体管为上述所述的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管。本专利技术的技术效果为：相对于现有技术，本专利技术提供的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，通过旋涂的方式在二氧化硅表面获得一层均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm的钐掺杂的金属氧化物薄膜，该方法具有工艺简单、可操作性强、产品表观均一性好、生产效率高，并且能够降低生产成本以及提高金属氧化物薄膜和二氧化硅界面间的载流子密度和钝化陷阱密度等特点，获得的金属氧化物薄膜的平整度高，并且有优异的电性能和稳定性。本专利技术提供的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管，由于掺杂了特定摩尔含量的钐，并且其有特定厚度以及特定的均方根粗糙度，减少了氧空位缺陷，降低了陷阱密度和载流子浓度，因而具有优异的电学性能和偏置稳定性。本专利技术提供的平板显示设备，由于其晶体管为钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管，因而具有优异的电学性能和偏置稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜的XRD衍射线；图2为本专利技术实施例1制备的金属氧化物薄膜透射电镜图；图3为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜的光透射率和光学带隙图；图4为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜的光致发光谱图(PL谱图)；图5为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜的XPS图；图6(a)～6(e)为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的转移曲线和输出曲线；图7为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的正偏压稳定性曲线；图8为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的负偏压稳定性曲线；图9为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的迁移率(Mobility)统计图；图10为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的亚阈值摆幅统计图；图11为本专利技术实施例1～3及对比例1制备的金属氧化物薄膜晶体管的阀门电压统计图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其包括以下步骤：步骤S01.提供含有钐离子、铟离子的盐溶液以及具有二氧化硅(SiO2)层的P型硅衬底；步骤S02.采用丙酮、乙醇等对P型硅衬底表面进行超声清洗处理，使得二氧化硅表面清洁无污渍，并采用去离子水去除表面残留的丙酮、乙醇等，采用保护气氛吹干，避免二氧化硅表面残留水分、氧化性气体或者还原性气体，最后采用等离子清洗机对二氧化硅表面进行清洗处理，使得二氧化硅表面干燥、洁净；步骤S03.采用旋涂的方式，将所述盐溶液涂覆在二氧化硅表面，形成钐掺杂的金属氧化物薄膜前驱体层。步骤S04.将旋涂得到掺杂的金属氧化物薄膜前驱体层的P型硅衬底置于大气环境下，(300～350)℃退火(0.5～1.5)h，即可在二氧化硅层表面得到钐掺杂的金属氧化物薄膜，得到的钐掺杂的金属氧化物为SmxIn2-xO3，0＜x≤0.1。上述步骤S01中，优选地，盐溶液的中铟离子的摩尔浓度为0.36～0.4mol/L，而钐离子的摩尔量为0.008～0.04mol/L，在该比例下，结合旋涂速度的转速为(4000～5000)rpm，可以使得退火处理后的钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度在(0.200～0.215)nm区间。在该均方根粗糙度下，得到的光学带隙在(3.40～3.45)eV区间，而载流子密度达到(9.0×1015～8.5×1016)cm-3。本专利技术在上述旋涂转速的范围内，其均方根差异不大，因此无论是4000rpm、4100rpm、4200rpm、4300rpm、4400rpm、4500rpm、4600rpm、4700rpm、4800rpm、4900rpm、5000rpm等转速都具有可行性。优选地，所述盐溶液为硝酸钐和硝酸铟的混合溶液。采用钐的硝酸盐以及铟的硝酸盐作为原料，可以有效避免引入杂质或者发生其他副反应。步骤S03中，在旋涂过程中，可以使用旋涂机进行旋涂。优选地，通过控制旋涂的量，使得得到的钐掺杂的金属氧化物薄膜的厚度在(4～10)nm之间，比如可以是4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm等。厚度太薄，会导致散射变大，而厚度过厚，则容易导致旋涂难度增大，生产成本升高。通过调整旋涂的盐溶液浓度以及旋涂速度，控制钐掺杂的金属氧化物薄膜前驱体层的表面平整度，以确保退火处理得到的钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度在(0.200～0.215)nm区间。优选地，获得的钐掺杂的金属氧化物薄膜中钐的摩尔含量为2％～10％。钐掺杂的量太少，其无法对In3+进行改性，无法降低氧空位，而如果钐掺杂量太多，超过了10％，迁移率会变得非常小，开关比急剧下降，并且亚阈值摆幅升高，阀门电压也相应增大。在钐掺杂含量结合上述均方根粗糙度，得到的电阻率在(0.340～12.0)Ω·cm之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供含有钐离子、铟离子的盐溶液；/n采用旋涂方式将所述盐溶液涂覆在在洁净的二氧化硅表面，并进行退火处理，在二氧化硅表面得到钐掺杂的金属氧化物薄膜，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供含有钐离子、铟离子的盐溶液；
采用旋涂方式将所述盐溶液涂覆在在洁净的二氧化硅表面，并进行退火处理，在二氧化硅表面得到钐掺杂的金属氧化物薄膜，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜的均方根粗糙度为(0.200～0.215)nm。


2.如权利要求1所述的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜为钐掺杂的氧化铟薄膜；
和/或，所述钐掺杂的氧化铟薄膜的厚度为(4～10)nm。


3.如权利要求1所述的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜中钐的摩尔含量为2％～10％。


4.如权利要求1所述的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜中钐的摩尔含量为5％，所述钐掺杂的金属氧化物薄膜厚度为(4～5)nm。


5.如权利要求1所述的钐掺杂的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述退火温度为(300～350)℃，退火时间为(0.5～1.5)h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：许望颖，李彦苇，洪利萍，朱德亮，吕有明，柳文军，方明，韩舜，曹培江，曾玉祥，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44