一种薄膜晶体管及其制备方法技术

本申请属于半导体器件技术领域，提供了一种薄膜晶体管及其制备方法，通过采用费米能级不同的第一有源层和第二有源层组成有源层，并在第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，从而在第二有源层和第一有源层之间形成波纹异质结，不仅减少了非晶IGZO薄膜晶体管的漏电流，而且还提高了非晶IGZO薄膜晶体管的电迁移率和开关比，解决了现有的IGZO薄膜晶体管由于电迁移率和输出电流较低，无法满足新的需求的问题。

A thin film transistor and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管及其制备方法
本申请属于半导体器件
，尤其涉及一种薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管基于金属半导体氧化物因其高场效应迁移率、高光透过率、低漏电流，低沉积温度、低制造成本等优点而受到广泛关注。经过近年的努力研究，非晶IGZO薄膜晶体管已实现优异的器件性能，但电迁移率仍然较低。物理方法沉积的IGZO薄膜晶体管电迁移率在10-40cm2/Vs之间，而化学方法沉积的IGZO薄膜晶体管电迁移率在1-14cm2/Vs之间。然而，随着平板显示尺寸越来越大，要求晶体管越来越多，功耗越来越低，同时新出现的显示技术，例如3D和虚拟现实，在分辨率和刷新率方面也提出了更高的要求，而现有的IGZO薄膜晶体管由于电迁移率和输出电流较低，无法满足新的需求。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种薄膜晶体管及其制备方法，旨在解决现有的IGZO薄膜晶体管由于电迁移率和输出电流较低，无法满足新的需求的问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种薄膜晶体管，包括衬底、栅电极层、介电层、有源层、源极以及漏极；所述栅电极层设于所述衬底上，所述介电层设于所述栅电极层表面，所述有源层设于所述介电层表面；其中，所述有源层包括第一有源层和第二有源层，所述第一有源层的费米能级与所述第二有缘层的费米能级不同；所述第一有源层的下表面与所述介电层接触，所述第一有源层的上表面与所述第二有源层接触，所述第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，所述源极和所述漏极互不接触地分别设于所述第二有源层的上表面的相对两侧。可选的，所述第一有源层为铟锡锌氧化物，所述第二有源层为铟镓锌氧化物。可选的，多个所述第一有源层凸起周期性排列于所述第一有源层的上表面，所述第二有源层的下表面部分嵌入至相邻的所述第一有源层凸起所形成的凹槽中。可选的，所述第一有源层凸起呈正方形、长方形、三角形以及球形中的至少一种。可选的，多个所述第一有源层凸起与所述第一有源层一体成型，所述第一有源层的上表面呈锯齿状。本申请实施例还提供了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：在栅电极层上形成介电层；在所述介电层表面依次形成第一有源层和第二有源层；其中，所述第一有源层的费米能级与所述第二有缘层的费米能级不同；所述第一有源层的下表面与所述介电层接触，所述第一有源层的上表面与所述第二有源层接触，所述第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起；在所述第二有源层上形成源极和漏极，所述源极和所述漏极互不接触，并分别设于所述有源层上表面的相对两侧。可选的，所述在栅电极层上形成介电层包括：在ITO玻璃的正面沉积氧化铝、二氧化硅或者氮化硅/二氧化硅叠层中的至少一项。可选的，所述在所述介电层表面依次形成第一有源层和第二有源层包括：采用第一光刻板在所述介电层上表面形成第一光刻胶，并在所述第一光刻胶的掩蔽下在所述介电层的上表面形成多个第一ITZO薄膜；采用第二光刻板在所述介电层上表面形成第二光刻胶，并在所述第二光刻胶的掩蔽下在相邻的所述第一ITZO薄膜之间第二ITZO薄膜；其中，所述第二ITZO薄膜的厚度与所述第一ITZO薄膜的厚度不同，且所述第一ITZO薄膜与所述第二ITZO薄膜互相间隔形成第一有源层；在所述第一有源层上形成第二有源层。可选的，所述第二ITZO薄膜的厚度大于所述第一ITZO薄膜的厚度。可选的，所述在所述第一有源层上形成第二有源层包括：采用射频磁控溅射在所述第一有源层上沉积第二有源层；其中，所述第二有源层的厚度大于所述第一有源层的厚度。本申请实施例提供了一种薄膜晶体管及其制备方法中，通过采用费米能级不同的第一有源层和第二有源层组成有源层，并在第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，从而在第二有源层和第一有源层之间形成波纹异质结，不仅减少了非晶IGZO薄膜晶体管的漏电流，而且还提高非晶IGZO薄膜晶体管的开关比，解决了现有的IGZO薄膜晶体管由于电迁移率和输出电流较低，无法满足新的需求的问题。附图说明图1为本申请的一个实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图；图2为本申请的另一个实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图；图3为本申请的另一个实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图；图4为本申请的一个实施例提供的在栅极电极层上形成介电层的结构示意图；图5为本申请的一个实施例提供的在介电层上形成第一ITZO薄膜411的结构示意图；图6为本申请的一个实施例提供的在介电层上形成第二ITZO薄膜412的结构示意图；图7为本申请的一个实施例提供的在在第一有源层上形成第二有源层的结构示意图；图8为本申请的一个实施例提供的在有源层上形成源极和漏极的结构示意图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种薄膜晶体管，参见图1所示，本实施例中的薄膜晶体管包括衬底10、栅电极层20、介电层30、有源层40、源极50以及漏极60；所述栅电极层20设于所述衬底10上，所述介电层30设于所述栅电极层20表面，所述有源层40设于所述介电层30表面；其中，所述有源层40包括第一有源层41和第二有源层42，所述第一有源层41的费米能级与所述第二有缘层42的费米能级不同；所述第一有源层41的下表面与所述介电层30接触，所述第一有源层41的上表面与所述第二有源层42接触，所述第一有源层41的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，所述源极50和所述漏极60互不接触地分别设于所述有源层40上表面的相对两侧。在本实施例中，通过由费米能级不同的第一有源层41和第二有源层42形成异质结，第一有源层41和第二有源层42之间的接触面形成异质结界面，第一有源层41的上表面上设有多个第一有源层凸起，由于多个第一有源层凸起依序排列于第一有源层41的上表面，使得异质结界面呈波纹结构(也称凹凸结构)，具体的，该波纹结构的形状由第一有源层凸起的形状决定，例如，该第一有源层凸起的形状可以为正方形、长方形、三角形、球形等形状中的至少一种。具体的，通过多个第一有源层凸起在第一有源层41表面形成凹槽，使得第二有源层42嵌入至凹槽中，由于第一有源层41和第二有源层42采用的半导体材料的费米能级不同，两者接触界面将会形成势阱，此时，自由电子在势阱聚集形成二维电子气，当薄膜晶体管加正偏压时，二维电子气注入至第一有源层41中。在本实施例中，第一有源层41比第二有源层42具有更高的载流子浓度和电子迁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括衬底、栅电极层、介电层、有源层、源极以及漏极；所述栅电极层设于所述衬底上，所述介电层设于所述栅电极层表面，所述有源层设于所述介电层表面；其中，所述有源层包括第一有源层和第二有源层，所述第一有源层的费米能级与所述第二有缘层的费米能级不同；所述第一有源层的下表面与所述介电层接触，所述第一有源层的上表面与所述第二有源层接触，所述第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，所述源极和所述漏极互不接触地分别设于所述第二有源层的上表面的相对两侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括衬底、栅电极层、介电层、有源层、源极以及漏极；所述栅电极层设于所述衬底上，所述介电层设于所述栅电极层表面，所述有源层设于所述介电层表面；其中，所述有源层包括第一有源层和第二有源层，所述第一有源层的费米能级与所述第二有缘层的费米能级不同；所述第一有源层的下表面与所述介电层接触，所述第一有源层的上表面与所述第二有源层接触，所述第一有源层的上表面上设有多个间隔设置的第一有源层凸起，所述源极和所述漏极互不接触地分别设于所述第二有源层的上表面的相对两侧。


2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一有源层为铟锡锌氧化物，所述第二有源层为铟镓锌氧化物。


3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，多个所述第一有源层凸起周期性排列于所述第一有源层的上表面，所述第二有源层的下表面部分嵌入至相邻的所述第一有源层凸起所形成的凹槽中。


4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一有源层凸起呈正方形、长方形、三角形以及球形中的至少一种。


5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，多个所述第一有源层凸起与所述第一有源层一体成型，所述第一有源层的上表面呈锯齿状。


6.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
在栅电极层上形成介电层；
在所述介电层表面依次形成第一有源层和第二有源层；其中，所述第一有源层的费米能级与所述第二有缘层的费米能级不同；所述第一有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣跃，丁庆，王鑫，
申请(专利权)人：深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司，华讯方舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44