[实用新型]平面双栅氧化物薄膜晶体管

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，特别涉及一种平面双栅氧化物薄膜晶体管。

背景技术

近年来，薄膜晶体管（TFT）越来越多地应用于平板显示、数字逻辑电路、生物化学传感器、医疗诊断、神经仿真学等诸多领域而受到广泛的关注和研究。多年来，为了改善TFT器件性能，学术界和企业界已开发出多种可用于TFT有源层的半导体薄膜材料，主要包括非晶硅、多晶硅、以并五苯为代表的有机小分子半导体材料、以聚噻吩类为代表的有机聚合物半导体材料、以氧化锌为代表的宽带隙氧化物半导体材料等，特别是以氧化锌为代表的氧化物TFT因具有相对高的迁移率、环境友好、可见光透明、低温工艺等诸多优势，在透明电子器件、液晶显示、太阳能电池、触摸屏、柔性显示、电子纸、集成电路等诸多领域具有更广阔的应用前景，被认为是最有希望的下一代TFT技术。尽管半导体有源层的材料特性对TFT器件性能取决定性作用，但栅介质层材料、器件结构等对器件性能也起重要影响。传统的TFT器件通常采用氧化物绝缘薄膜作为栅介质层，器件的工作电压相对偏高，导致器件功耗较大，从而限制其在柔性化、便携式、移动式、可穿戴式电子产品领域的广泛应用。传统的TFT器件普遍采用单栅结构，器件性能不可动态调控，往往不能根据实际应用的需要进行灵活的调控，因此一种具有双栅结构的TFT器件结构被提出，这种结构可以一定范围内调控TFT的阈值电压，器件的稳定性也优于单栅结构器件，且可以用于数字逻辑电路中实现或逻辑功能。然而，这种双栅晶体管是基于一种典型的三明治结构，半导体沟道被两层栅介质夹在中间，其实质上可以看作是一个底栅晶体管和顶栅晶体管共用沟道的复合晶体管，制备这类器件需要多步的薄膜沉积工艺以及精准的对准光刻技术，因此限制其在低成本领域应用。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种平面双栅氧化物薄膜晶体管。该器件的优势包括：一方面该器件的栅介质层采用电解质材料，利用电解质栅介质与有源层界面形成超薄双电层效应，大大提高等效栅介质电容，从而大幅度降低器件的工作电压，实现超低功耗工作；另一方面，该器件采用平面分离双栅结构，由于拥有两个栅电极，通过改变两个栅极电压可以灵活地调制其沟道电导，从而调节器件的输出特性和转移特性，改变阈值电压、关态电流等性能参数，因而，可根据实际应用需要获得所需的阈值电压、开关电流比和跨导值, 且两个栅电极可同时作为控制栅和信号栅使用，使电路得到简化，从而有效扩大了薄膜晶体管的应用范围。

本实用新型的目的至少通过以下技术方案之一实现。

所述平面双栅氧化物薄膜晶体管，自下而上依次包括衬底、过渡层、栅电极层、电解质栅介质层、半导体有源层、源电极/漏电极，所述源电极和漏电极相对设置于所述半导体有源层上方；所述栅电极层由两个栅电极组成。

进一步地，所述两个栅电极相对设置于过渡层的上方；所述两个栅电极与源电极/漏电极的长度方向平行。

进一步地，所述两个栅电极的长度方向与源电极和漏电极之间所形成的沟道方向平行，所述源电极/漏电极在垂直于衬底的正投影上位于两个栅电极两侧。

进一步地，所述电解质栅介质层部分覆盖栅电极层和过渡层，并露出部分位于过渡层上的栅电极层；所述半导体有源层完全覆盖电解质栅介质层。

进一步地，度为1~5微米，所述电解质栅介质层的材料为能形成双电层效应的无机绝缘介质膜（如柱状二氧化硅、离子掺杂氧化硅绝缘材料等）或聚离子有机电解质（如聚乙烯胺、牛血清白蛋白、鸡蛋清中的一种，但不限于此）。

进一步地，所述半导体有源层为30~60纳米厚的氧化物半导体材料或有机半导体材料。

进一步地，所述两个栅电极边线方向平行于源电极和漏电极之间所形成的沟道方向，相对位置位于源电极和漏电极之间，其结构和功能上是等效的；两个栅电极尺寸和它们之间距离可根据器件的设计要求调整。

进一步地，所述栅电极和源电极/漏电极材料为 Al、Mo、Ag、Au 或 ITO 导电薄膜中的一种，所述源电极/漏电极厚度为100~200纳米，所述栅电极的厚度为80~100 纳米。

进一步地，所述源电极和漏电极在半导体有源层上，源电极与漏电极的之间的间距大于两栅电极之间的间距，源、漏电极与栅电极存在部分交叠区。

所述衬底为玻璃衬底或者塑料衬底。

本实用新型提供的平面双栅氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤 ：

(1) 在衬底上沉积绝缘介质材料作为过渡层；所述过渡层的厚度为100~200纳米，所述过渡层为氧化硅、氮化硅、氧化铝或有机绝缘介质薄膜；