一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，该方法在室温、高度真空环境下，使用磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射N型ITO薄膜，后用导电金属加热蒸发以形成ITO薄膜晶体管的源漏电极，ITO薄膜经过第一预退火工艺处理、ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理或者ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的第二预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的第二后退火工艺，与现有技术相比，第一预退火工艺可大幅度提升迁移率，第一后退火工艺可得到较小亚阈值摆幅以及较大开关比，两步退火工艺可以提升ITO薄膜晶体管的迁移率，并且兼顾其他本征电学性能，工艺简单易操作，并进一步提升ITO TFT的性能和稳定性。的性能和稳定性。的性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高本征电学性能的方法，特别是一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法。

技术介绍

[0002]氧化物半导体因其低成本、宽带隙、高迁移率和稳定性等优势在柔性晶体管、神经形态器件和（back
‑
end
‑
of
‑
line）BEOL器件领域备受关注。其中一种氧化物半导体是氧化铟锡（ITO），氧化铟锡（ITO）是一种高导电性的掺锡半导体材料，有着优异的光电性能，比如可见光透过率可达 83% 以上、电阻率在 10
‑3至10
‑
4 Ω
•
cm左右、能隙在 3.6 至 3.9 eV 左右，以及良好的化学稳定性。然而，迄今为止，此类材料应用面临的主要挑战是可控的大规模超薄膜合成以及可靠的器件性能。ITO是一种宽禁带氧化物半导体（3.5
–
4.3 eV），被广泛用作光电器件中的透明电极，但由于其在导带中的简并性，其半导体行为很少被研究，因其电子密度约为10
20
至10
21 /cm3，用做场效应晶体管的沟道材料会导致器件开关特性不理想，以至于现如今将ITO用作沟道材料的晶体管研究相对较少。
[0003]随着研究的深入，研究人员发现通过采用二维的超薄ITO作为沟道材料能够实现ITO晶体管的有效关断并展现出优异的性能。2018年，Shengman Li等人通过采用超薄（4 nm）ITO材料作为沟道，实现了亚阈值摆幅低至66 mV/dec、 开关比可达5.5
×
109的薄膜场效应晶体管器件，展现出ITO作为薄膜场效应晶体管沟道材料的巨大潜力，引起了广泛关注。2019年Wei Dou等人，利用NaCl溶液处理ITO器件，有效的提高了器件的稳定性及场效应迁移率，其迁移率达到了42.8 cm2/Vs；2020年Mengwei Si等人采用了厚度为10 nm的凸起源/漏结构以及低至1 nm的沟道厚度，实现了实现0.15 Ω
•
mm的低接触电阻和1.1
×
10
‑
7 Ω
•
cm2的低接触电阻率。除上述研究之外，科研人员还利用低温溶液处理ITO TFT、优化ITO晶体管的器件结构和采用共溅射的方法优化ITO薄膜制备工艺以提升ITO场效应晶体管性能。但是现有的一些关于提高ITO作为沟道材料性能的方法过于复杂，工艺较为繁琐，并不能兼顾提升ITO TFT的场效应迁移率与阈值电压、亚阈值摆幅。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种工艺简单的提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，该方法的具体步骤如下：在室温、高度真空环境下，在磁控溅射仪的射频溅射靶位装载靶材，靶材为ITO，磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射由磷硅掺杂形成衬底、二氧化硅作为绝缘层的N型ITO薄膜作为ITO薄膜晶体管的有源层，然后热蒸发仪采用真空热蒸发镀膜法对导电金属加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的源漏电极，从而制成自下而上依次设置有衬底、绝缘层、有源层和源漏电极的ITO薄膜晶体管，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理、所述ITO薄膜晶体管经过第一后退
火工艺处理或所述ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的第二预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的第二后退火工艺，所述导电金属为银。
[0006]所述靶材的In2O3和SnO2摩尔比= 9:1，磁控溅射仪的功率设置为90
±
20 W，溅射时间为720
±
120 s，磁控溅射时氩气与氧气的流量分别为50
±
20 sccm 和5
±
3 sccm。
[0007]所述第一预退火工艺的具体步骤如下：a、开启加热板，设置退火温度为 160 ℃、180 ℃、190 ℃或者200 ℃，退火时长为15 min，氛围为空气；b、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15 min，氛围为空气；c、退火结束，取出ITO薄膜；d、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1
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/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；e、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能。
[0008]所述第一后退火工艺的具体步骤如下：A、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1
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/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；B、设置加热板温度，加热板温度为160 ℃、180 ℃或者200 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；C、退火结束后，取出ITO薄膜晶体管；D、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能；第二预退火工艺的具体步骤如下：S1、开启加热板，设置退火温度为200 ℃；S2、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15 min，氛围为空气；S3、等待退火结束，取出ITO薄膜；S4、足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1
ꢀÅ
/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；第二后退火工艺的具体步骤如下：s1、设置加热板温度，加热板温度为80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃或者180 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；s2、待退火结束后取出，在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能。
[0009]所述衬底的厚度是500，所述绝缘层的厚度是100 nm，有源层的厚度是4 nm，源漏电极的厚度是60 nm。
[0010]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，第一预退火工艺可大幅度提升ITO薄膜晶体管的迁移率，第一后退火工艺可得到较小亚阈值摆幅以及较大开关比的ITO薄膜晶体管，
两步退火工艺可以提升ITO薄膜晶体管的迁移率，并且兼顾其他本征电学性能，比如，较小的亚阈值摆幅，以及较大的开关比，工艺简单易操作，并进一步提升ITO TFT（ITO薄膜晶体管）的性能和稳定性。
附图说明
[0011]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0012]图1是本专利技术采用第一预退火工艺时的步骤流程图；图2是本专利技术采用第一后退火工艺时的步骤流程图；图3是本专利技术采用两步退火工艺时的步骤流程图；图4是I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：在室温、高度真空环境下，在磁控溅射仪的射频溅射靶位装载靶材，靶材为ITO，磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射由磷硅掺杂形成衬底（1）、二氧化硅作为绝缘层（2）的N型ITO薄膜作为ITO薄膜晶体管的有源层（3），然后热蒸发仪采用真空热蒸发镀膜法对导电金属加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的源漏电极（4），从而制成自下而上依次设置有衬底（1）、绝缘层（2）、有源层（3）和源漏电极（4）的ITO薄膜晶体管，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理、所述ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理或所述ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的第二预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的第二后退火工艺。2.根据权利要求1所述的提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，其特征在于所述靶材的In2O3和SnO2摩尔比= 9:1，磁控溅射仪的功率设置为90
±
20 W，溅射时间为720
±
120 s，磁控溅射时氩气与氧气的流量分别为50
±
20 sccm 和5
±
3 sccm。3.根据权利要求2所述的提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，其特征在于所述导电金属为银，所述第一预退火工艺的具体步骤如下：a、开启加热板，设置退火温度为 160 ℃、180 ℃、190 ℃或者200 ℃，退火时长为15 min，氛围为空气；b、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15 min，氛围为空气；c、退火结束，取出ITO薄膜；d、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1
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/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；e、在探针台上测试ITO...

【专利技术属性】
技术研发人员：高庆国，曹天凡，区港彬，陈思敏，黄婉莹，于淼，潘新建，刘黎明，张崇富，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：