[发明专利]一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法，该晶体管包括自下而上依次堆叠的基板(1)、栅电极(2)，SiO₂栅绝缘层(3)，半导体层(4)和源漏电极(5)，所述的半导体层(4)包括Eu和SnO₂，其中Eu和SnO₂的摩尔比为(0.1‑0.5):1，通过(1)射频磁控溅射沉积；(2)离子源辅助的电子束蒸发沉积；(3)溶胶凝胶；(4)旋涂、沉积、退火处理；(5)射频磁控溅射沉积，退火处理后最终得到。与现有技术相比，本发明具有半导体层制备成本低、成分简单且不含In、Zn元素、透明、晶体管阈值电压可调控等优点。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其是涉及一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

虽然非晶硅薄膜晶体管和低温多晶硅薄膜晶体管仍是目前市场的主流，但氧化物薄膜晶体管由于具有高的透明性、与柔性衬底的兼容性、优良的电学性能，而且制备工艺简单，在电子显示设备中有很大的应用前景。

但是，大多数高迁移率的氧化物半导体(如氧化铟半导体、氧化铟锌半导体、氧化铟镓半导体、氧化铟镓锌半导体等等)都是以铟基为主，但地球上铟元素的丰度极低，价格昂贵。因此，含铟的氧化物半导体的成本相对比其它无铟氧化物半导体的成本要高。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于加深对本发明构思的背景的理解，因此它可包含这个国家中对本领域普通技术人员来说没有形成为已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种半导体层制备成本低、成分简单且不含In、Zn元素、透明、晶体管阈值电压可调控的掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

纯SnO₂半导体具有较高的载流子浓度，直接用于沟道层时，会造成薄膜晶体管无法关闭，或者阈值电压过负的情况。目前，解决这一问题的有效办法还是掺杂。在实践中，发明人发现用真空气相沉积系统制备氧化物半导体沟道层时需要高昂真空设备以及昂贵的金属氧化物陶瓷靶材，工艺成本高。

溶胶凝胶法工艺制备氧化物薄膜晶体管具有低成本、大面积沉积、高产量以及容易控制成分等优势，故采用溶胶凝胶法制备掺Eu的SnO₂基薄膜晶体管。

一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管，该晶体管包括自下而上依次堆叠的基板、栅电极，SiO₂栅绝缘层，半导体层和源漏电极，所述的半导体层包括Eu和SnO₂，其中Eu原子的百分比为0-50at％。所述的SiO₂栅绝缘层使半导体层和栅电极彼此绝缘。SnO₂中Eu的使用可以抑制载流子浓度、降低关态电流及调控阈值电压。其作用机理为：Eu元素可以抑制氧化锡薄膜中的氧空位，而氧空位在氧化物中能提供2个电子作为类施主态存在。载流子浓度越低，关闭晶体管所需负栅压更小，载流子浓度更易耗尽，因此，阈值电压可根据Eu浓度进行调控。并且关态电流也会随着载流子浓度的减少而更小。

进一步地，所述的基板材料包括光学玻璃。

进一步地，所述的栅电极的材料包括ITO或ITO玻璃。ITO为掺锡氧化铟的简称，是一种n型半导体材料，具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性。ITO玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡膜，俗称ITO膜，加工制作成的。

进一步地，所述的源漏电极包括左右对称布置的ITO源电极和ITO漏电极，沟道宽度为80-120μm。此处沟道宽度是指源电极和漏电极之间半导体层的宽度。