[发明专利]一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管及其制备方法，该晶体管包括：云母柔性衬底；在衬底上形成的缓冲层；在缓冲层上形成的底栅电极；在底栅电极上形成的外延铁电薄膜层；在外延铁电薄膜层上形成的沟道层；在沟道层上形成的源电极；以及在沟道层上且同所述源电极分离形成的漏电极。本发明以具有金属导电性的钙钛矿氧化物SrRuO₃外延薄膜作为底栅电极，以钙钛矿氧化物外延铁电薄膜作为栅介质层；其具有非常好的机械弯曲特性，可以承受2mm弯折半径和反复1000次的弯折，并保持铁电栅薄膜晶体管的电学性能基本不变；读写速度快；耐高温性能优异，经过400℃退火后其电学性能无明显变化；而且其制备工艺简单、制程稳定、制造周期短。

技术领域

本发明属于铁电栅薄膜晶体管技术领域，特别涉及一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

目前微电子行业中的常规电子器件，通常是在硅基底上结合微纳米加工工艺进行制备。这些硅基电子器件在上个世纪后半叶对人类社会的发展发挥了重大的作用，然而随着未来电子产品在便携性、超薄性、可弯曲性、可穿戴等方面的需求，需要找寻新一代的电子器件和相关制备技术。柔性电子器件以其独特的延展性及其高效、低成本的制造工艺等方面的优势，在近几年呈现出迅速发展的趋势,可以承受拉、压、弯曲等大变形的柔性电子器件的研究已成为电子、力学、材料和物理等学科的一个研究热点。

铁电栅薄膜晶体管，由于其具有非挥发特性，而且单元结构和制备工艺简单、容易大面积集成、铁电薄膜层与半导体沟道层的界面特性较好、容易大面积集成、抗辐射性能好、可实现全外延结构，成为了一种受欢迎的铁电存储器结构。目前，大部分的铁电栅薄膜晶体管是基于硬质材料如单晶硅等，而柔性外延铁电栅薄膜晶体管由于其具有独特的弯曲特性以及方便携带的特点，在信息、医疗、能源和国防等方面具有广泛的应用前景。通常情况下，制作柔性薄膜晶体管常选用的栅介质材料是低成本、低温制备的有机铁电聚合物，这类栅介质材料具有制造简单、能轻易实现弯曲和延展，但是同时它也具有与衬底结合较差、读取速度慢、易极化疲劳且不耐高等缺点，因此很有必要开发新型高性能的无机铁电材料。况且，现有的制作柔性薄膜晶体管一般在柔性基底上直接形成薄膜晶体管，而柔性基底一般为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)、聚酰亚胺(PI)等材料，但因其不具有耐高温的缺点，所以不适合生长传统的需要高温制备的铁电材料。

因此，既要兼顾有机铁电聚合物薄膜柔性耐弯折的特点，又要满足读写速度快、耐高温等特点，是当前柔性外延铁电栅薄膜晶体管需解决的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管，该晶体管具有非常好的机械弯曲特性，可以承受2mm弯折半径和反复1000次的弯折，并保持铁电栅薄膜晶体管的电学性能基本不变；读写速度快；耐高温性能优异，经过400℃退火后其电学性能无明显变化；而且其制备工艺简单、制程稳定、制造周期短。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管，包括：

云母柔性衬底；

在所述衬底上形成的缓冲层；

在所述缓冲层上形成的底栅电极；

在所述底栅电极上形成的外延铁电薄膜层；

在所述外延铁电薄膜层上形成的沟道层；

在所述沟道层上形成的源电极；

以及在所述沟道层上且同所述源电极分离形成的漏电极。