[发明专利]一种氧化镁钛高介电常数薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于氧化物介质层薄膜技术领域，具体涉及一种氧化镁钛高介电常数薄膜及其制备方法，以及该氧化镁钛作为栅介质材料在薄膜晶体管中的应用。

背景技术

薄膜晶体管（Thin Film Transistor: TFT）是一种场效应晶体管（Field Effect Transistor: FET），由半导体有源层即沟道层、介质层即绝缘层、栅电极、源电极和漏电极构成。作为电子开关广泛应用于液晶显示器件（Liquid Crystal Displays: LCD）和有源矩阵有机发光二极管显示器（Active Matrix Organic Light Emitting Diode: AMOLED）。薄膜晶体管技术已经成为平板显示（FPD）的象征性技术，当前的制备技术已经可以在对角线数米（m）长的基板上制备几千万个数微米（μm）大小的TFT阵列。

随着显示技术的不断进步，人们对显示器件提出了更苛刻的要求，高分辨率、大尺寸、低功耗。而随着显示器分辨率的不断提高，所用驱动的晶体管密度也在不断加大，必然导致功耗的上升。随之出现的还有由于薄膜晶体管尺寸缩小栅介质层厚度变薄引起的漏电问题。目前最长采用的栅介质层材料为SiO₂，其具有相当优异的界面性能及透明性。但是由于其自身的介电常数较低，耦合的电容较小，器件需要较大的电压驱动。采用高介电常数（high-k）材料替代传统的SiO₂是最有可能解决上述问题的途径。High-k材料，因其很高的介电常数，可以有效的降低薄膜晶体管的驱动电压，而且在器件尺寸缩小时，还可以有效的抑制上电极的漏电，从而降低器件功耗，提高器件的稳定性。

在众多的high-k材料中，氧化镁由于具有7.3 eV的禁带宽度，优良的界面性能，出色的漏电流密度，受到广泛的关注。然而，美中不足的是与其他常见的high-k材料相比，氧化镁的介电常数较低（~ 9.6）。而二氧化钛是另一种常见的high-k材料，其介电常数高达100以上，而且具有无毒无污染的特点。二氧化钛因其较窄的禁带宽度（3.0 - 3.2 eV），虽具有极高的介电常数，却并不适合作为介质层材料。

 随着显示技术的发展，面板的尺寸越来越大，工艺线宽越来越低，随之而来的就是呈几何级数增长的生产成本。高昂的真空设备及运转成本几乎成了制约氧化物TFT在大尺寸平板显示领域发展的障碍。而溶胶凝胶法在这方面具有天然的优势，溶胶凝胶法是利用有机溶剂或水溶解相应的金属盐类，在一定的温度条件下搅拌形成稳定的溶胶，并利用旋转涂覆、喷墨打印、提拉、喷雾热解等方法，沉积氧化物薄膜。与传统的物理气相沉积（Physical Vapor Deposition， PVD）及化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）相比，溶液法无需昂贵的真空设备和靶材；通过前驱体溶液中各组分的配比，可有效控制制备薄膜的组分；制备的薄膜具有可与PVD/CVD相比拟的平整度等优点。

2007年，Giovanni等人报道了利用Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)方法制备的氧化镁钛薄膜，但并未涉及薄膜的光学及电学性能。本发明提出氧化镁钛前驱体的配制方法及薄膜的制备方法，获得了表面平整、光学和电学性能优良的氧化镁钛薄膜，并将其应用到IZO薄膜晶体管中，获得了良好的器件性能。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种工艺简单、成本较低的氧化镁钛薄膜的制备方法，包括前驱体的配制，及薄膜的制备。

本发明提供的氧化镁钛薄膜的制备方法，采用溶胶凝胶法，具体步骤如下：

（1）配制镁钛前驱体溶液

以乙二醇单甲醚为溶剂，将乙醇镁Mg(OC₂H₅)₂溶解其中，经0.2 - 2.0小时搅拌形成澄清溶液；再将钛酸四丁酯Ti(C₄H₉O)₄溶解其中，经0.2 - 1.0小时搅拌至澄清溶液；然后向其中加入质量浓度为38%的浓盐酸，并进行振荡，形成澄清稳定的前驱体溶液，然后静置45 - 60小时，形成镁钛溶胶；其中乙二醇单甲醚与浓盐酸的体积比为9:1 - 10:3，溶液中Mg离子、Ti离子的摩尔比为0.9:0.1 - 0.1:0.9，Mg离子摩尔浓度为0.1 - 1.5 M；

（2）制备氧化镁钛薄膜