[发明专利]一种氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管及其制备方法。本发明的薄膜晶体管以氢等离子体钝化处理的氧化锌超薄层和纯氧化锌厚层为双沟道层，其制备方法为：以生长有一层二氧化硅的硅片为基底，对纯氧化锌靶材进行射频磁控溅射，同时通过掩膜板沉积在基底上形成的纯氧化锌超薄层；对纯氧化锌超薄层进行原位氢等离子体处理，然后继续沉积纯氧化锌厚层；再采用直流溅射掩膜板沉积制备Al电极得到氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管。本发明通过氢钝化氧化锌超薄层来提高载流子浓度，纯氧化锌厚层来调节器件的阈值电压。本发明的薄膜晶体管具有电子迁移率较高、亚阈值摆幅低、电学稳定性好，开关比高等优点；其制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明属于纳米材料与纳米器件领域，具体涉及一种氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

随着电子器件领域的发展与信息时代的到来，显示屏、柔性电子纸正加速向平板化、节能化的方向发展，而且随着透明显示、柔性显示的需求，未来整个显示产业将继续保持高速增长。作为平板显示的核心元件——薄膜晶体管，其性能的好坏直接决定了显示效果的优劣。薄膜晶体管是一种场效应半导体器件，包括衬底、半导体沟道层、绝缘层、栅极和源漏电极等几个重要组成部分，其中半导体沟道层对器件性能至关重要。

目前，对于商用的薄膜晶体管的半导体沟道层主要采用氢化非晶硅和多晶硅材料。非晶硅的特点是均匀性好，适用于大面积制备，但是其迁移率很低，一般小于1cm2/V·s，明显阻碍了薄膜晶体管性能的进一步提升。多晶硅薄膜晶体管的迁移率有所提高，但其制备温度高。特别是，大面积显示器等领域的应用，传统硅基材料的薄膜晶体管背板已经无法满足驱动现代显示器件的要求。此外，非晶硅和多晶硅薄膜晶体管都对光敏感，稳定性差，光照条件下器件性能会发生很大变化。因此，在平板显示中需要提高薄膜晶体管的性能与稳定性，而且需要降低制备成本与简化制备工艺。

为了进一步提高薄膜晶体管的电学性能与稳定性，以及大规模应用在平板显示器与提高显示器的像素、亮度等问题，近年来纳米材料与透明电子器件领域一波浪潮的兴起。透明电子学将发展成一个效率更高、价格更便宜的新兴电子行业，它的应用范围相当广泛，包括平板显示器、手机显示屏、柔性电子纸等多方面领域。氧化锌材料具有很多优点：易于制备，利用磁控溅射法、金属有机化学气相沉积法、溶胶凝胶法等方法都可以制备出性能优良的氧化锌材料；制备或处理温度低，可以控制在500℃以内，以便用于在玻璃衬底上；透明度高，氧化锌是宽禁带材料，禁带宽度约为3.37eV，在可见光范围内是透明的。除此之外，氧化锌的电学性能与迁移率远高于非晶硅；环保、低廉材料，氧化锌是无毒、无害的环保材料，价格低廉，可以有效降低产品的制造成本，然而氧化锌基的半导体材料本性有很多缺陷，所以薄膜晶体管的电学性能及稳定性受到限制而尚需进一步改善。氢钝化处理是提高硅基薄膜晶体管性能常见的工艺方法，但在氧化锌基单沟道层薄膜晶体管制备中却使器件电学性能易恶化且热稳定性变差。因此，合理的设计氢钝化以及双沟道层工艺应用在改善氧化锌基薄膜晶体管，使其既能提高器件的电学性能又能提高稳定性对于氧化锌基薄膜晶体管的进一步扩展商业应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种工艺简单、载流子迁移率高、稳定性好的氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：