[发明专利]一种双极性薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双极性薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

30年来，基于TFT的大尺寸(面积)微电子技术导致了有源矩阵液晶显示(Active matrix Liquid crystal display，AM-LCD)、有源矩阵发光二极管显示(Active matrix organic light emitting diode，AM-OLED)等有源矩阵平板显示(Active Matrix Flat Panel Display，AM-FPD)技术的高速发展。AM-FPD已成为现代信息显示的主流技术。目前商业化的AM-FPD采用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)或多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)。近年来，研究表明，金属氧化物半导体(Oxide Semiconductor，OS)具有高迁移率(10-70cm²(V.s)^-1)、光学透明和低温制备等优点，有望成为新一代主流的TFT沟道材料。但是，现今作为金属氧化物TFT(Metal oxide TFT，MOTFT)沟道层的大部分OS材料(如ZnO和InGaZnOx等)均为n型，因为这些OS主要由氧空位和金属间隙离子提供施主电子而导电。n-OS的电子迁移率通常比较大，这是因为其电子传输路径，即导带最小值主要由金属离子空间展宽的s轨道组成。而n-OS的空穴迁移率往往很低，因为其空穴传输路径，即价带最大值主要由定域的O 2p轨道组成。因此，获得p型的MOTFT具有很大的挑战性。

但是从应用的角度考虑，高性能的p-MOTFT在许多应用领域是非常需要的。例如在AM-OLED应用方面。AM-OLED被认为极有可能成为近一代的主流AM-FPD。就AM-OLED的像素驱动电路而言，如果驱动管是n型，则OLED阈值电压不均匀或发生变化会导致驱动管的栅源电压Vgs(栅与电源电位之差)不均匀或发生改变，驱动电流(亮度)随之发生改变。如果驱动管为p-TFT，其Vgs与OLED阈值电压无关，因此即使阈值电压改变或本身不均匀对驱动电流(亮度)的影响很小，所以p-MOTFT更适合AM-OLED应用。其次，包括周边驱动电路在内的全集成化的平板显示器(屏上系统，System on Panel，SoP)总是一个追求的目标。要实现这一目标，采用同时包含n和p型器件的互补集成技术是最佳选择。此时，p-MOTFT是不可缺少的。另外，OS器件的另一个重要应用是发光二极管，此时要实现pn结构，p-OS也是必需的。

关于p-MOTFT的研究很少，这是因为只有很少几种OS被发现可以形成p型。二元氧化物如ZnO由于自补偿效应已证明很难得到p型电导。研究人员利用O2p和Cu3d杂化轨道生成p-OS，开发了p型透明OS，如CuAO₂(A＝Al，Ga，In)和LaCuOS。但由于CuAO₂的空穴迁移率(μ)低(CuAlO₂薄膜的μ为0.3-10cm²(V.s)^-1；CuGaO₂薄膜的μ为0.8cm²(V.s)^-1)和LaCuOS_1-xSe_x的空穴浓度高(p＞10¹⁹cm^-3)，利用这些p-OS制备的p-MOTFT均无明显开关作用。虽然，Cu₂O薄膜具有较大的空穴迁移率(50～100cm²(V.s)^-1)，但CuO薄膜也为p型。这增加了制备CMOS电路和AM-OLED像素电路的工艺复杂性：因为n-TFT和p-TFT沟道材料不同，因此需要不同的制备工艺。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种双极性薄膜晶体管，可以制备高性能CMOS电路和AM-OLED像素电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双极性薄膜晶体管，该晶体管的有源层为SnO_x基薄膜。