一种ｐ型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ｐ型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法，采用电子束蒸发技术和快速热退火技术来制备ｐ型导电的氧化亚锡沟道层。该制备方法简单可控，可实现低温制备；制得的晶体管具有较高的场效应迁移率，可用于有机发光二极管以及发展氧化物基低损耗补偿逻辑电路等，在显示器技术领域中应用前景十分广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜晶体管的制备方法，尤其涉及一种p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT) —般由衬底、栅介质层、沟道层、栅电极、源电极以及漏电极构 成，包括底栅结构的TFT(如图1所示)和顶栅结构的TFT(如图2所示)，在液晶显示器中 被用作开关元件来驱动像素，其中Si基(非晶Si或多晶Si为沟道)TFT占主导地位，但非 晶Si TFT和多晶Si TFT都具有不可克服的缺点，诸如光致性能退化，较低的场效应迁移 率，开口率有限及功耗较高等。因而，显示技术的发展客观上要求替代Si材料并开发新型 TFT。 宽禁带氧化物在可见光波段透明且具有高的电子迁移率，将它们制作成TFT，将大 大提高有源显示矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗，使得TFT具有较高的场效应迁移 率。宽禁带氧化物TFT的实现对透明电子学具有里程碑的意义。采用宽禁带氧化物作为沟 道层的薄膜场效应晶体管，已可实现场效应迁移率大于10cm2V—、—、开关比接近108等稳定 的性能。然而，多数氧化物半导体是n型导电的。所以，透明薄膜晶体管(TTFT)的应用就 被限制在n沟道类型。 因此，发展高场效应迁移率的p型氧化物基TFT成为目前最受关注也备受挑战 的课题之一。可喜的是，P型氧化物TFT的研制在2008年获得了突破以氧化锡(Sn02， APPLIED PHYSICS LETTERS 92， 122113， 2008)、氧化镍(NiO， APPLIED PHYSICS LETTERS 92， 242107， 2008)和氧化亚锡(SnO， APPLIED PHYSICS LETTERS 93,032113,2008)等宽 禁带氧化物作为沟道层的P型TFT相继见诸于报道。然而氧化锡、氧化镍作为沟道层的 p型tft的场效应迁移率很低，小于0. 011cm2V—、—1 ;氧化亚锡作为沟道层的p型tft的场 效应迁移率虽然比前两者的高出两个量级，但其沟道层是在昂贵的氧化钇稳定二氧化锆 (yttria-stabilizedzirconia， YSZ) (001)衬底上利用单相的SnO陶瓷靶和脉冲激光沉积 法高温(575°C)制备的SnO外延膜，晶体管则为顶栅结构，此法对源材料(单相SnO耙)的 制备要求、所用衬底种类和温度的要求以及对设备的操作和后续工艺(电极的制备)要求 都比较高，因而制备难度高，并且也导致制备成本提高。
技术实现思路
本专利技术所需要解决的技术问题是如何降低以氧化亚锡作为沟道层的p型沟道薄 膜晶体管的制备难度并提高器件性能。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种制备工艺简单可控，可实现低温制备的p 型氧化亚锡薄膜晶体管的制备方法。—种p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法，包括步骤 (1)选择衬底，并进行栅介质层及栅电极的制备； (2)采用电子束蒸发设备和氧化锡蒸发料，在衬底温度条件下在栅介质层上沉积 氧化亚锡非晶薄膜，然后进行热退火处理，完成沟道层的制备； (3)制备源电极和漏电极，制得底栅结构的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管。 —种p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法，包括步骤 (1)选择衬底，采用电子束蒸发设备和氧化锡蒸发料，在衬底温度条件下沉积氧化 亚锡非晶薄膜，然后进行热退火处理，完成沟道层的制备； (2)制备栅介质层； (3)制备源电极、漏电极以及栅电极，制得顶栅结构的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管。 所述的热退火处理为快速热退火处理，快速热退火处理是一种经济且操作方便的 常用于器件后处理的技术。本专利技术发现，采用快速热退火处理制备P型氧化亚锡沟道层时， 退火温度过低或时间过短沟道层呈现高阻状态，而温度过高或时间过长则载流子浓度过 高，这些都会使薄膜晶体管失效，为了保证SnO形成有效的沟道层，所述的热退火处理的条 件为在Ar气气氛中于35(TC至40(TC退火1分钟至15分钟。 作为优选 所述衬底温度为室温至300°C。可低温制备是宽禁带氧化物基器件的显著特点之 所述的源电极和漏电极均选用Ni/Au双层金属膜电极。Ni与SnO薄膜直接能形成良好的欧姆接触，Au具有优良的稳定性，不易氧化，可与引线形成优良接触。 所述的源电极和漏电极可采用市售的纯度为99. 9 %的颗粒状Ni蒸发料和Au蒸发料利用电子束蒸发设备依次蒸镀在常规电极上，制得Ni/Au双层金属膜电极。 所述的衬底、栅介质层、源电极、漏电极以及栅电极均可选用本领域现有的材料，利用本领域现有的制备方法进行制备。 本专利技术具有如下优点 本专利技术薄膜晶体管中沟道层的制备以及源电极和漏电极的制备均在电子束蒸发 镀膜设备中进行，使用电子束蒸发镀膜设备相对于现有的脉冲激光沉积来说，具有操作简 单、可大面积均匀成膜等优势。 本专利技术通过两步法，即先低温制备，后快速热退火处理，使得SnO沟道层的制备工 艺更加简单，制备难度降低。 本专利技术可以使用氧化锡(Sn02)颗粒状的陶瓷烧结蒸发料为源材料，无特定形状限 制，无需进行特定的源材料预处理工作，可直接商业购买，因而原料的制备难度降低。 本专利技术对衬底的选择无特别要求，沉积膜与衬底之间无需外延关系，因而采用本 专利技术制备的晶体管可以采用顶栅结构和底栅结构，后者相对于前者的来说，其电极的制备 工艺更为简单，甚至无需采用光刻技术，降低了器件制备的难度并节约了成本；其次采用本 专利技术可以在玻璃等透明的非单晶衬底上实现透明晶体管的制备，拓展了其应用范围。 本专利技术制备的晶体管具有较高的场效应迁移率，其可用于有机发光二极管以及发 展氧化物基低损耗补偿逻辑电路等，在显示器
中应用前景十分广阔。附图说明 图1是底栅结构的薄膜晶体管的结构示意 图2是顶栅结构的薄膜晶体管的结构示意图； 图3是本专利技术实施例所制备的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的结构示意图； 图4是本专利技术实施例中采用35(TC退火温度制备的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管 的输出曲线； 图5是本专利技术实施例中采用40(TC退火温度制备的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管 的输出曲线； 图4和图5中，横轴和纵轴分别代表源漏电压VDS和源漏电流IDS ; 图6是本专利技术实施例中40(TC退火制备的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的转移曲线，横轴和纵轴分别代表栅电压Ve和源漏电流IDS，实线用于线性外推获得晶体管的阈值电 图7是本专利技术实施例中40(TC退火制备的p型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的线性区 场效应迁移率y^与栅电压^的关系曲线图。具体实施例方式本实施例描述了在Si02/Si衬底上制备底栅结构的p型SnO沟道薄膜晶体管(如图3所示)的过程，并对30(TC至45(TC退火的晶体管的性能进行了比较分析。 步骤1 :选择商业购买的热氧化硅片Si02/p+-Si (100)作为衬底，其中Si02层作为栅介质层，厚度为190nm，同时p型高掺杂的p+_Si衬底又可作为栅电极； 步骤2 :采用电子束蒸发设备和氧化锡蒸发料，室温条件下在栅介质层上沉积lOOnm的氧化亚锡非晶薄膜，其后在Ar气气氛下进行热退火处理，退火温度为300°C 45(TC，每5(TC—个温度点，退火时间为10min ; 步骤3 :采用电子束蒸发设备和Al模板制备Ni/Au源电极和Ni/Au漏电极，源漏之 间的沟道长(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ｐ型氧化亚锡沟道薄膜晶体管的制备方法，包括步骤：（１）选择衬底，并进行栅介质层及栅电极的制备；（２）采用电子束蒸发镀膜设备和氧化锡蒸发料，在衬底温度条件下在栅介质层上沉积氧化亚锡非晶薄膜，然后进行热退火处理，完成沟道层的制备；其中，所述的热退火处理条件为：在Ａｒ气气氛中于３５０℃至４００℃退火１分钟至１５分钟；（３）制备源电极和漏电极，制得底栅结构的ｐ型氧化亚锡沟道薄膜晶体管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鸿涛，梁凌燕，刘志敏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]