包括掺杂氮的石墨烯层作为有源层的基于石墨烯的TFT制造技术

本发明专利技术涉及包括掺杂氮的石墨烯层作为有源层的高品质、高功能性的基于石墨烯的薄膜晶体管(TFT，thin film transistor)，更详细地涉及基于石墨烯的TFT，其包括：栅电极；栅极绝缘层，位于上述栅电极上；有源层，位于上述栅极绝缘层上的一部分区域，包括氮

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括掺杂氮的石墨烯层作为有源层的基于石墨烯的TFT


[0001]本专利技术涉及包括直接生长于Ti层上之后掺杂氮的石墨烯层作为有源层的高品质、高功能性的基于石墨烯的TFT。

技术介绍

[0002]最近，随着急速的信息化技术发展，进入何时何地都可接触到信息的泛在计算时代。由此传递多种信息的信息传递介质和存储介质等新的电子元件的重要性逐渐变大。尤其，消费者对显示器的要求超出市场的供给和技术的水平，开发的重要性日益变大。下一代显示器除了轻而薄的厚度和高分辨率、快速屏幕切换速度、大面积特性之外，还被强烈要求实现环保、低耗电、超高分辨率、低价格的大面积化、柔性、设计、透明性及实际影像(三维，3
‑
Dimension)等。
[0003]薄膜晶体管(TFT，thin film transistor)为搭载于显示器中的背板(backplane)，供给电力等的主电路基板，负责显示器驱动的核心作用。因此若想实现作为下一代显示器的核心技术的超高分辨率、快速屏幕切换速度、大屏幕特性等，薄膜晶体管的技术需要进一步发展。以往，开发作为有源层(active layer，活性层)利用非晶硅的薄膜晶体管、低温多晶硅(LTPS，Low Temperature Poly Si)薄膜晶体管、铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管等，或者这些备受关注。但是，这些仍然制作工序复杂，生产费用高，不仅如此，可挠性高，但相比于玻璃基板等无机基板，难以适用于热稳定性低的树脂基板，由此难以应用于柔性显示器。
[0004]石墨烯为一个碳原子厚度的二维蜂窝结构的纳米物质，理论上，具有～200000cm
2 v
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1s
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1的电子迁移率、～5000Wm
‑
1K
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1的热导率、～1.0TPa的杨氏模量和物理化学稳定性，因原子一层水平的厚度而可见光吸收量极少，具有可见光区域的透光率为约98％的突出的特性。尤其石墨烯可比单晶硅使电子快速迁移100倍以上，在这一点上现有的基于硅的半导体器件中代替硅，作为应用为柔韧透明电子元件(flexible，transparent electronic device)的下一代物质备受关注。但是，石墨烯无带隙(band gap)具有金属特性，工作电流的通断比极小，无法利用电信号控制电流的流动，因这一缺点在应用为半导体或晶体管之类的电子元件时具有决定性障碍。
[0005]对此，多次试图向石墨烯赋予适当的带隙增加工作电流的通断比。例如，试图制作破坏以石墨烯和基板之间晶格失配呈现的石墨烯晶体结构的对称性，或形成纳米带形态图案，或改变石墨烯的化学组成，或使具有半导体特性的特定层和石墨烯层叠的混合结构体的方法等。但是，难以制作优秀品质的石墨烯，难以将制作的石墨烯实现为纳米带结构，难以调整石墨烯的物性，增加的通断比为几～几千左右，仍然差于作为产业上应用的基于硅的TFT的通断比的104，成为元件的大量集成化和高速驱动的抑制因素。

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]如所察看，即使以往石墨烯本身具有优秀的特性，也难以供给通断比低且高品质的石墨烯，无法以将石墨烯作为原材料的半导体器件或晶体管实现集成化。
[0008]对此，本专利技术的目的在于，提供适用高品质的石墨烯，具有充分用于实用化程度的通断比、低的阈值电压、高的迁移率、低的亚阈值摆幅(subthreshold swing)特性的基于石墨烯的TFT。
[0009]技术方案
[0010]用于实现上述目的的本专利技术，其特征在于，一种基于石墨烯的TFT，包括：栅电极；栅极绝缘层，位于上述栅电极上；有源层，位于上述栅极绝缘层上的一部分区域，包括氮
‑
掺杂石墨烯层；第一电极，位于上述有源层的一侧区域上；第二电极，位于上述有源层的另一侧区域上。
[0011]专利技术的效果
[0012]如上所述的本专利技术的基于石墨烯的TFT的电荷移动速度快且通断比充分高，可应用为高集成半导体、晶体管等。
[0013]并且，根据本专利技术，当形成有源层时，在同一设备内连续合成石墨烯，其中掺杂氮，可通过简化制作工序减少制备费用，实现产品的高品质化。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的薄膜晶体管的概念立体图。
[0015]图2和图3分别为表示用于在本专利技术的实施例中确定晶体管制作工序条件的预实验结果的图表。
[0016]图4～图6分别为根据本专利技术的实施例制作的薄膜晶体管的概念图。
[0017]图7～图9分别为表示根据本专利技术的实施例制作的薄膜晶体管的工作特性的图表。
[0018]图10为表示本专利技术的实施例中制作例3元件的稳定性的图表。
[0019]附图标记的说明
[0020]110：基板
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120：栅电极
[0021]130：栅极绝缘层
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140：有源层
[0022]151：第一电极
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152：第二电极
具体实施方式
[0023]以下，参照附图，更详细说明本专利技术。但是，这种说明仅为用于容易说明本专利技术的技术思想的内容和范围的例示，本专利技术的技术范围并不限定于此，或者变更。基于这种例示，在本专利技术的技术思想的范围内可进行多种变形和变更，这对于本专利技术所属
的普通技术人员来说是显而易见的。在以下图中，各个结构要素的大小或厚度，形状等可夸张或简化。
[0024]在本说明书中，“上部”或“上”或“上面”除了相互直接接触而正好位于其上之外，还可包括将另一层作为介质非接触地位于其上。并且，在本说明书中，“A(层)/B(层)”意味着(A)层直接接触在B(层)上而层叠。
[0025]本专利技术涉及一种TFT，其特征在于，具有包括氮
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掺杂石墨烯层的有源层。更具体地，本专利技术的特征在于，基于石墨烯的TFT，包括：栅电极；栅极绝缘层，位于上述栅电极上；
有源层，位于上述栅极绝缘层上的一部分区域，包括氮
‑
掺杂石墨烯层；第一电极，位于上述有源层的一侧区域上；第二电极，位于上述有源层的另一侧区域上。
[0026]图1表示本专利技术一实施例的薄膜晶体管的概念立体图。图1所例示的薄膜晶体管为栅电极120设置于有源层140下方的底(bottom)栅结构的薄膜晶体管。在基板110上可设有栅电极120。基板110可以为玻璃基板，但可以为其之外的其他基板，例如，塑料基板或硅基板等常规的半导体元件工序中使用的多种基板中之一。栅电极120可由一般的导电性物质，例如，金属、多晶硅、导电性氧化物等形成，在本专利技术的实施例中，适用高掺杂(highly
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doped)p
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Si和直接生长的石墨烯。
[0027]设有覆盖上述栅电极120的栅极绝缘层130。栅极绝缘层130可包括氧化硅层、氮氧化硅层或氮化硅层，但还可包括其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于石墨烯的TFT，其特征在于，包括：栅电极；栅极绝缘层，位于所述栅电极上；有源层，位于所述栅极绝缘层上的一部分区域，包括氮
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掺杂石墨烯层；第一电极，位于所述有源层的一侧区域上；第二电极，位于所述有源层的另一侧区域上。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的TFT，其特征在于，所述氮
‑
掺杂石墨烯层为在无氧气氛中在栅极绝缘层上沉积Ti层之后，连续直接生成石墨烯层并掺杂的“氮
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掺杂石墨烯层/TiO2‑
x
层”。3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯的TFT，其特征在于，所述栅电极包括石墨烯层。4.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯的TFT，其特征在于，所述第一电极及第二电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹顺吉，朴昞柱，韩艺瑞，
申请(专利权)人：忠南大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：