[发明专利]一种p型ZnGeSnO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种p型ZnGeSnO非晶氧化物半导体薄膜，其中，Ge与Sn共同作为材料的基体元素，二者均为+4价，与O结合形成材料的基体；Zn为+2价，掺入基体形成p型导电；同时，Ge作为空穴浓度的控制元素；Sn具有球形电子轨道，在非晶状态下电子云高度重合，起到空穴传输通道的作用。且p型ZnGeSnO非晶薄膜的化学式为ZnGe_xSn_yO_1+2x+2y，其中0.5≦x≦8，0.5≦y≦1.5。本发明还公开了该p型ZnGeSnO非晶薄膜的制备方法及应用。制得的p型ZnGeSnO非晶氧化物半导体薄膜的空穴浓度为10¹²~10¹⁵cm^‑3，可见光透过率≧80%。将其作为沟道层应用于薄膜晶体管，所得的薄膜晶体管的开关电流比10³~10⁵，场效应迁移率3~9cm²/Vs。

技术领域

本发明涉及一种非晶氧化物半导体薄膜，尤其涉及一种p型非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管（TFT）是微电子特别是显示工程领域的核心技术之一。目前，TFT主要是基于非晶硅（a-Si）技术，但是a-Si TFT是不透光的，光敏性强，需要加掩膜层，显示屏的像素开口率低，限制了显示性能，而且a-Si迁移率较低（~2 cm²/Vs），不能满足一些应用需求。基于多晶硅（p-Si）技术的TFT虽然迁移率高，但是器件均匀性较差，而且制作成本高，这限制了它的应用。此外，有机半导体薄膜晶体管（OTFT）也有较多的研究，但是OTFT的稳定性不高，迁移率也比较低（~1 cm²/Vs），这对其实际应用是一个较大制约。

为解决上述问题，人们近年来开始致力于非晶氧化物半导体（AOS）TFT的研究，其中最具代表性的是InGaZnO。与Si基TFT不同，AOS TFT具有如下优点：可见光透明，光敏退化性小，不用加掩膜层，提高了开口率，可解决开口率低对高分辨率、超精细显示屏的限制；易于室温沉积，适用于有机柔性基板；迁移率较高，可实现高的开/关电流比，较快的器件响应速度，应用于高驱动电流和高速器件；特性不均较小，电流的时间变化也较小，可抑制面板的显示不均现象，适于大面积化用途。

由于金属氧化物特殊的电子结构，氧原子的2p能级一般都远低于金属原子的价带电子能级，不利于轨道杂化，因而O 2p轨道所形成的价带顶很深，局域化作用很强，因而空穴被严重束缚，表现为深受主能级，故此，绝大多数的氧化物本征均为n型导电，具有p型导电特性的氧化物屈指可数。目前报道的p型导电氧化物半导体主要为SnO、NiO、Cu₂O、CuAlO₂等为数不多的几种，但这些氧化物均为晶态结构，不是非晶形态。目前人们正在研究的AOS如InGaZnO等均为n型半导体，具有p型导电的非晶态氧化物半导体几乎没有。因而，目前报道的AOS TFT均为n型沟道，缺少p型沟道的AOS TFT，这对AOS TFT在新一代显示、透明电子学等诸多领域的应用产生了很大的制约。因而，设计和寻找并制备出p型导电的非晶氧化物半导体薄膜是人们亟需解决的一个难题。

发明内容

本发明针对实际应用需求，拟提供一种p型非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法。

本发明提供了一种p型ZnGeSnO非晶氧化物半导体薄膜，其中：Ge与Sn共同作为材料的基体元素，二者均为+4价，与O结合形成材料的基体；Zn为+2价，掺入基体形成p型导电；同时，Ge具有较低的标准电势、与O有高的结合能，因而作为空穴浓度的控制元素；Sn具有球形电子轨道，在非晶状态下电子云高度重合，因而Sn同时起到空穴传输通道的作用。