[发明专利]一种混合型氧化物薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜晶体管器件领域，涉及一种混合型氧化物薄膜晶体管，具体涉及一种以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机介质层与铟锌氧化物(IZO)无机沟道层构成的混合型薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是由沉积在绝缘衬底上的金属、半导体、绝缘体等薄膜构成的一种金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，是全薄膜化电路中的一种重要元件。随着平板显示的发展，薄膜晶体管(TFT)广泛应用在有源阵列液晶显示、静态随机存储器、电可擦除只读存储器等领域。

目前，显示器件中使用的薄膜晶体管主流产品为非晶硅TFT和多晶硅TFT。但是非晶硅TFT的场效应迁移率一般低于1cm²V^-1s^-1，不能满足快速响应的要求。且非晶硅光敏性强、不透明，为了确保非晶硅TFT的性能，必须增加不透明金属掩膜板(黑矩阵)对每一像素单元的TFT进行光屏蔽。这使得像素开口率下降，难以满足高亮和更高清晰度显示的现代需求，同时增加了TFT-LCD(液晶显示器)的工艺复杂性，提高了成本。多晶硅TFT大面积制作工艺复杂、均匀性差、低温工艺难以实现。通常多晶硅TFT有高温多晶硅(HTPS)和低温多晶硅(LTPS)两种制造工艺。其中，HTPS的工艺温度大于600℃，基板需采用硬质特殊玻璃或石英，成本高；LTPS一般是在非晶硅基础上通过激光退火等工艺制造的，设备昂贵，工艺难度大。

透明氧化物半导体，如氧化铟、氧化锌，载流子迁移率高，工艺温度较低，而且可见光区透明性高。近年来已有以ZnO、In-Ga-Zn-O、In₂O₃等透明氧化物半导体作为沟道层制备薄膜晶体管的研究报道。铟锌氧化物(In-Zn-O，IZO)是一种很有研究价值的沟道层材料，具有迁移率高、可见光区透明性高、表面平整和可以室温大面积制备等优良性能。如果在有源矩阵驱动中使用该种氧化物TFT，将有助于满足响应速度快、亮度高、清晰度高等需求，和提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗。

介质层关系到TFT的开关比、阈值电压和迁移率等重要特性。目前透明氧化物TFT的研究较多采用无机介质层，如等离子体增强化学气相沉积SiO₂、SiN_x，射频磁控溅射Y₂O₃，原子层沉积Al₂O₃，反应磁控溅射Ta₂O₅等，大多需要较高的工艺温度或者昂贵的设备与材料。有报道采用有机绝缘材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于有机TFT研究，它具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，且耐高压，可卷曲，工艺简易，成本低廉。

在氧化物TFT制备中引入有机介质层，操作简易，将适合卷对卷生产的特点，有利于其大面积生产和柔性化的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种混合型氧化物薄膜晶体管，具体涉及一种机介质层和无机沟道层混合型氧化物薄膜晶体管，尤其涉及一种以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为有机介质层和铟锌氧化物(In-Zn-O，IZO)半导体薄膜作为沟道层的混合型氧化物薄膜晶体管及其制备方法。的混合型氧化物薄膜晶体管电学性能好、整体工艺温度低、具有柔性和透明电子器件。

具体而言，本发明提供了一种机介质层和无机沟道层混合型氧化物薄膜晶体管，其特征在于，该薄膜晶体管采用有机介质层与无机沟道层的混合结构，由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机介质层、铟锌氧化物(IZO)无机沟道层、栅电极、源电极和漏电极组成。

本发明以玻璃为基板，用铟锌合金或铟锌氧化物靶材，在室温条件下利用磁控溅射技术，制备铟锌氧化物半导体薄膜作为沟道层；用有机物聚甲基丙烯酸甲酯，溶于丙酮，通过浸渍提拉法制备有机介质层；通过真空蒸发法制备栅、源和漏电极。本发明制得的薄膜晶体管具有制备温度低、载流子迁移率高、沟道层与介质层可见光区透明性高等特性。本发明制得的薄膜晶体管结构和制备方法在平板显示、柔性和透明电子学等领域具有良好的应用前景。

本发明中，用铟锌合金或铟锌氧化物靶材，在室温条件下利用反应直流磁控溅射技术，使Ar离子溅射靶材，沉积铟锌氧化物(IZO)半导体薄膜，形成具有非晶结构的铟锌氧化物半导体薄膜。制得的透明氧化物半导体薄膜厚度为20～150nm。