一种底栅薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种底栅薄膜晶体管及其制备方法。本发明专利技术在玻璃或者塑料的衬底上制备薄膜晶体管，采用掺镓的氧化锌半导体材料作为透明半导体导电的沟道层，在制备过程中采用独特工艺加入适量的氧气使掺镓的氧化锌呈现出半导体特性，并且显示出高迁移特性，有效的提高了薄膜晶体管的性能。本发明专利技术的制备方法步骤简单，制备成本低，对提高薄膜晶体管器件的性能具有积极效果，改善了器件性能，降低了制备成本。同时，氧化锌镓薄膜是环保材料，工艺简单，制备成本低，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于平板显示领域，具体涉及一种在玻璃衬底或者塑料衬底上的底栅薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
半导体产业是当今信息化社会的支柱产业，而其中起放大以及开关作用的晶体管具有极为重要的地位。晶体管从最初简单的结型和点接触晶体管到现在大规模产业化的非晶硅薄膜晶体管已有80多年的历史。20世纪六、七十年代开发的CdSXdSe薄膜晶体管虽在有源液晶显示器AMLCD获得应用，但由于硫化物有源层的不稳定和高昂的制作成本，没有获得有产业意义的突破。稍后开发的以硅基晶体管为代表的金属-氧化物-半导体晶体管MOSFET极大地推动了平板显示器特别是有源液晶显示器的产业化进程。传统工艺使用非晶硅薄膜晶体管技术，后来，又研究开发多晶硅技术。但非晶硅薄膜晶体管工艺逐渐显露出其局限性，主要是低的迁移率和不透明性。前者限制了器件的响应速度，后者则降低器件的开口率。非晶硅晶体管的另一个突出问题是带隙小(1. 17eV)，需要黑矩阵来阻挡可见光照射，以免产生额外的光生载流子，这就增加了工艺的复杂性和成本。多晶硅技术又由于制备温度高、工艺复杂、大面积均匀性差等因素很难实际应用，显示技术的发展遇到了瓶颈。近来又发展了一种基于氧化锌基的新型薄膜晶体管技术。ZnO是宽禁带I1-VI族半导体，原子间主要以极性共价键结合，为纤锌矿结构，禁带宽度约为3. 37eV，在可见光区的透光率达到80%以上，可用于全透明显示器；其次，氧化锌基T F T的迁移率一般比传统非晶硅T F T高一个数量级，电流驱动能力更强(1-μ W/ L)，更适合用于驱动有源发光二极管显示屏AM0LED。另外，它在室温下可通过磁控溅射大面积均匀成膜， 因此可用于柔性显示器。由于氧化锌基薄膜晶体管TFT所展示出来的优良电学性能和较为简单的制备条件，与硅基薄膜晶体管TFT相比，氧化锌基TFT比较适合应用于新型显示器件。目前，关于氧化锌基半导体薄膜材料的研究有很多，比如氧化锌镓ZnO+ Ga2O3，氧化锌铝ZnO + Al2O3,氧化锌铟ZnO + In2O3,氧化锌镉ZnO + Gd2O3,氧化锌镁ZnO + MgO,氧化锌铟镓(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO)等等。其中，IGZO是目前最受欢迎的透明半导体材料，然而由于材料中的In是稀有元素，地球中含量稀少而且有毒，制造本高而且不环保，因此很难在大规模生中应用。氧化锌镓ZnO + Ga2O3还较少有人研究，而且氧化锌镓通常被当成透明导电材料研究。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，提出本专利技术。本专利技术的一个目的在于提供一种薄膜晶体管。本专利技术的薄膜晶体管包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极，其中，在衬底上形成栅电极，在栅电极上形成栅介质层，在栅介质层上形成沟道层，以及在沟道层的两端分别形成源电极和漏电极，沟道层的材料采用掺镓的氧化锌半导体材料，其中镓的含量为ι°/Γιο% (质量)。衬底的材料为透明的玻璃或者柔性的塑料。栅电极的材料为氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。栅介质层的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的绝缘材料。源电极和漏电极为氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。本专利技术的另一个目的在于提供一种薄膜晶体管的制备方法。本专利技术的薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤I)在玻璃或者塑料的衬底上生长一层透明的导电薄膜，光刻刻蚀形成栅电极；2)紧接着生长一层绝缘的栅介质材料，光刻刻蚀形成栅介质层；3)在栅介质层上生长一层掺镓的氧化锌半导体材料，并通入适量的氧气，光刻刻蚀形成沟道层；4)生长一层导电薄膜，光刻刻蚀形成源电极和漏电极；5)生长一层钝化介质层，光 刻和刻蚀形成栅电极、源电极和漏电极的引出孔；6)生长一层金属薄膜,光刻和刻蚀形成金属电极和互连。其中，在步骤I)中，形成栅电极所生长的导电薄膜采用氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。在步骤2)中，形成栅介质层所生长的栅介质材料采用二氧化硅或者氮化硅等的绝缘材料。在步骤3)中，利用溅射工艺生长一层掺镓的氧化锌半导体材料形成沟道层，并且在溅射过程中加入59Γ25% (气体流量)适量的氧气；溅射使用的靶材为掺镓的氧化锌陶瓷靶，其中镓的含量为ι°/Γιο% (质量)。在步骤4)中，形成源电极和漏电极所生长的导电薄膜采用氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。本专利技术的有益效果本专利技术提供了一种在玻璃或者塑料的衬底上制备薄膜晶体管的制备方法，采用掺镓的氧化锌半导体材料作为透明半导体导电的沟道层，在制备过程中采用独特工艺加入适量的氧气使掺镓的氧化锌呈现出半导体特性，并且显示出高迁移特性，有效的提高了薄膜晶体管的性能。本专利技术的制备方法步骤简单，制备成本低，对提高薄膜晶体管器件的性能具有积极效果，改善了器件性能，降低了制备成本。同时，氧化锌镓薄膜是环保材料，工艺简单，制备成本低，适用于透明显示和柔性显示技术，具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术的薄膜晶体管的剖面图；图2为本专利技术的薄膜晶体管的俯视图；图3 (a) (e)依次示出了本专利技术的薄膜晶体管的制备方法的一个实施例的主要工艺步骤，其中，Ca)为衬底的结构示意图，(b)为形成栅电极的工艺步骤，(c)为形成栅介质层的工艺步骤，Cd)为形成沟道层的工艺步骤，Ce)为形成源电极和漏电极的工艺步骤。具体实施例方式下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1和图2所示，本专利技术的薄膜晶体管包括衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4、源电极和漏电极5，其中，在衬底I上形成栅电极2，在栅电极2上形成栅介质层3，在栅介质层3上形成沟道层4，以及在沟道层4的两端分别形成源电极和漏电极5。本专利技术的薄膜晶体管的制备制作方法的一个实施例由图3 Ca)至图3 Ce)所示，包括以下步骤I)采用透明的玻璃或者塑料作为衬底1，如图3 (a)所示，在衬底I上采用磁控溅射技术生长一层1(Γ100纳米厚的ITO的导电薄膜，然后光刻刻蚀出栅电极2，如图3 (b)所示；2)利用等离子体增强化学气相沉积法PECVD生长一层50 200纳米厚的二氧化硅的栅介质材料，然后光刻刻蚀形成栅介质层3，如图3 (c)所示；3)利用溅射工艺生长一层掺镓的氧化锌半导体材料，溅射过程中加入5%_25%的氧气，光刻刻蚀形成沟道层4，溅射使用的靶材为掺镓的氧化锌陶瓷靶，镓的含量为1%-10%，如图(d)所示；4)采用磁控溅射技术 生长一层20~300纳米厚的ITO的导电薄膜，然后光刻刻蚀形成源电极和漏电极5,如图(e)所示；5)按照标准工艺生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅电极、源电极和漏电极的引出孔；6)生长一层Al或者透明的导电的金属薄膜，光刻和刻蚀形成电极和互连。最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本专利技术，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本专利技术及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本专利技术不应局限于实施例所公开的内容，本专利技术要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管包括：衬底（1）、栅电极（2）、栅介质层（3）、沟道层（4）、源电极和漏电极（5），其中，在所述衬底（1）上形成所述栅电极（2），在所述栅电极（2）上形成所述栅介质层（3），在所述栅介质层（3）上形成所述沟道层（4），以及在所述沟道层（4）的两端分别形成所述源电极和漏电极（5），所述沟道层（4）的材料采用掺镓的氧化锌半导体材料，其中镓的含量为1%~10%（质量）。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管包括衬底(I)、栅电极(2)、栅介质层(3)、沟道层(4)、源电极和漏电极(5)，其中，在所述衬底(I)上形成所述栅电极(2)，在所述栅电极(2 )上形成所述栅介质层(3 )，在所述栅介质层(3 )上形成所述沟道层(4)，以及在所述沟道层(4)的两端分别形成所述源电极和漏电极(5)，所述沟道层(4)的材料采用掺镓的氧化锌半导体材料，其中镓的含量为19Γ10% (质量)。2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底的材料为透明的玻璃或者柔性的塑料。3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极的材料为氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅介质层的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的绝缘材料。5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源电极和漏电极为氧化铟锡ITO 或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。6.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤1)在玻璃或者塑料的衬底上生长一层透明的导电薄膜，光刻刻蚀形成栅电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩德栋，张索明，田宇，单东方，黄福青，丛瑛瑛，王漪，张盛东，刘力锋，刘晓彦，康晋锋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：