一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法与应用。所述氧化物薄膜晶体管、包括：基底；栅电极，设置在基底上；介质层，设置在基底上并覆盖栅电极；有源层，设置在介质层上，并与栅电极叠置；源电极和漏电极，分别设置在有源层的上表面及侧表面上，与有源层接触，并且源电极和漏电极彼此分隔开；最上层为钝化层；所述介质层材料为聚丙烯酸苯酯PPA；所述有源层材料为Ga2O3纳米线；所述钝化层的材质为掺P的Si3N4薄膜。本发明专利技术提供的薄膜晶体管具有极小的阈值电压漂移，实现了高稳定性氧化物薄膜晶体管的制备，有助于产业化的实施。于产业化的实施。于产业化的实施。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于薄膜晶体管
，具体涉及一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]氧化物薄膜晶体管(TFT)是一种场效应晶体管。在上个世纪三十年代Lihenfield首先提出场效应晶体管的原理，即以一个强电场在半导体表面引发一种电流，通过控制电场的强度来调节半导体表面电流的大小。这种工作模式类似一个电容器，源漏电极之间的导电沟道可看作电容器的一个极板，栅极作为另一个极板，沟道中的载流子密度通过加在栅极上的电压进行调制。
[0004]薄膜晶体管主要有源极和漏极、栅极、有源层、绝缘层和衬底五部分构成。根据各部分沉积顺序的不同，薄膜晶体管可分为如图1所示的四种结构，。
[0005]2003年R.L.Hoffman最早制备出ZnO基薄膜晶体管，阈值电压为10
‑
20V，场效应迁移率为0.3
‑
2.5cm2V
‑1S
‑1，电流开关比为107，此后氧化物薄膜晶体管逐渐引起研究工作者的关注。日本Hosono等人针对铟镓锌薄膜晶体管展开一系列研究工作，对非晶态透明氧化物半导体作为沟道层制备高迁移率薄膜晶体管的可行性进行了分析并提出理论依据，引发了氧化物薄膜晶体管研究的热潮。其后G.Lavareda等研制出In2O3基全透明薄膜晶体管，阈值电压为2V，场效应迁移率为0.02cm2V
‑1S
‑1，电流开关比为104。R.E.Presley成功制备出SnO2基全透明薄膜晶体管，场效应迁移率为0.8
‑
2.0cm2V
‑1S
‑1，电流开关比为105。国内学者氧化物薄膜晶体管方面研究起步较晚。2006年清华大学姚绮君等发表关于ZnO基薄膜晶体管和In2O3薄膜晶体管的研究结果。2010年上海大学L.Zhang等制备出高性能ZnO基薄膜晶体管。复旦大学李桂锋制备出铟锌氧薄膜晶体管，阈值电压为0.94V，场效应迁移率为5.2cm2V
‑1S
‑1，电流开关比为104。
[0006]以氧化物半导体材料作为有源层的薄膜晶体管，改变了人们对传统薄膜晶体管的认识。与传统的薄膜晶体管相比，氧化物薄膜晶体管具有如下三方面的优势：
[0007](1)氧化物薄膜晶体管具有较高的迁移率和较高的电流开关比，能实现较大的驱动电流、较快的器件响应，适用于高响应速度的发展方向。
[0008](2)氧化物薄膜晶体管可以在低温甚至在室温下制备。室温制备的沟道层通常显非晶态。非晶态氧化物薄膜晶体管相比较于其对应的结晶态迁移率较低，但大面积均匀性较好，迁移率高于目前产业化的非晶硅薄膜晶体管。在较低的工艺温度下可以采用塑料基底，这与柔性显示的制备工艺相兼容。透明非晶态氧化物薄膜晶体管在柔性、大面积显示方面具有潜在的应用前景。
[0009](3)氧化物薄膜晶体管光学透射率高。铟锌氧化物薄膜的可见光平均透射率一般
大于80％。与非晶硅薄膜晶体管相比较而言，所制成的非晶氧化物薄膜晶体管不需要黑矩阵，在像素中能增加背光源光线的透射率，提高显示器件的开口率，在所需亮度一定的情况下有利于降低背光源能耗。
[0010]然而，氧化物薄膜晶体管虽然具有上述其他薄膜晶体管所没有的优势，但要实现产业化还需解决器件稳定性问题。氧化物薄膜晶体管在工作时，会受到长时间的电学偏压作用，这种偏压作用会因具体工作环境的差异而有所不同，因此氧化物薄膜晶体管是否能在偏压过程中保持稳定的器件性能将决定驱动的效果和使用寿命。同时由于氧化物薄膜晶体管受到基板的热效应作用，长时间工作将会导致其物理特性发生改变。此外，金属氧化物是一种宽带隙化合物，材料自身可以完全透过可见光，但其对紫外线则非常敏感，实验结果表明氧化物薄膜晶体管经紫外线照射后，有源层薄膜材料内将会产生较多的光生载流子，从而改变了器件的性能参数。所以器件在工作环境中的稳定性，将决定其能否应用于平板显示并实现产业化。

技术实现思路

[0011]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法与应用，通过将Ga2O3纳米线作为有源层，PAA作为介质层，掺P的Si3N4薄膜作为钝化层，并结合特定的制备工艺得到一种具有优异稳定性的氧化物薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有极小的阈值电压漂移，实现了高稳定性氧化物薄膜晶体管的制备，有助于产业化的实施。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种氧化物薄膜晶体管，包括：
[0013]基底；
[0014]栅电极，设置在基底上；
[0015]介质层，设置在基底上并覆盖栅电极；所述介质层材料为聚丙烯酸苯酯PPA；
[0016]有源层，设置在介质层上，并与栅电极叠置；所述有源层材料为Ga2O3纳米线；
[0017]源电极和漏电极，分别设置在有源层的上表面及侧表面上，与有源层接触，并且源电极和漏电极彼此分隔开。
[0018]最上层为钝化层，所述钝化层的材质为掺P的Si3N4薄膜。
[0019]本专利技术第二方面提供一种上述氧化物薄膜晶体管的制备方法，
[0020](1)将栅极沉积在基底背部；
[0021](2)在基底上依次沉积PPA作为介质层和Ga2O3纳米线作为有源层；
[0022](3)采用光刻技术将源极和漏极的图形转移到有源层的上表面及侧表面上；
[0023](4)在源极和漏极的图形上分别沉积源极和漏极，
[0024](5)最上层沉积掺P的Si3N4薄膜作为钝化层，得到所述氧化物薄膜晶体管。
[0025]其中，Ga2O3纳米线采用H2+N2O对其进行退火处理后再作为有源层；
[0026]掺P的Si3N4薄膜采用紫外线进行快速退火处理后再作为钝化层。
[0027]本专利技术第三方面提供一种阵列基板，包括上述的氧化物薄膜晶体管。
[0028]本专利技术第四方面提供一种显示装置，包括上述的阵列基板。
[0029]本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：
[0030]本专利技术通过合理选择各层材料以及优化工艺条件，将Ga2O3纳米线作为有源层，PAA作为介质层，掺P的Si3N4薄膜作为钝化层，并结合H2+N2O对Ga2O3纳米线进行退火处理，将掺P
的Si3N4薄膜采用紫外线进行快速退火处理，使得最终得到的氧化物薄膜晶体管具有优异的稳定性，阈值电压漂移量为
±
0.01V，有助于实现氧化物薄膜晶体的产业化制备和应用。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1为现有技术中薄膜晶体管的示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化物薄膜晶体管，包括：基底；栅电极，设置在基底上；介质层，设置在基底上并覆盖栅电极；有源层，设置在介质层上，并与栅电极叠置；源电极和漏电极，分别设置在有源层的上表面及侧表面上，与有源层接触，并且源电极和漏电极彼此分隔开；最上层为钝化层；其特征在于：所述介质层材料为聚丙烯酸苯酯PPA；所述有源层材料为Ga2O3纳米线；所述钝化层的材质为掺P的Si3N4薄膜。2.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述Ga2O3纳米线的直径为100
‑
350nm，长度为1μm
‑
1.6μm，有源层厚度为160nm
‑
350nm。3.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述PPA的厚度为200nm
‑
500nm；优选为200nm。4.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：掺P的Si3N4薄膜中，P的浓度为5
×
10
19
/cm3‑8×
10
20
/cm3；进一步的，掺P的Si3N4薄膜厚度为500
‑
700nm，优选为600nm。5.权利要求1
‑
4任一项所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：(1)将栅极沉积在基底背部；(2)在基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉国，耿树吉，王路，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：