[实用新型]一种基于纳米簇绝缘层的高性能薄膜晶体管

说明书

本实用新型公开了一种基于纳米簇绝缘层的高性能薄膜晶体管，包括衬底、电极、绝缘层和半导体层；所述电极分为栅电极、源电极和漏电极；所述衬底上设置有绝缘层；所述绝缘层和衬底之间设置有栅电极；所述绝缘层上设置有半导体层；所述半导体层上设置有源电极和漏电极。本实用新型半导体层的结合能较高，比较稳定，具有很高的抗偏压、抗辐射特性；制备中通过深紫外退火，起到提高整个器件性能、匹配柔性衬底温度的作用；本工艺流程具有工艺简单、可在空气中低退火温度下进行的优点，生产成本较低。

技术领域

本实用新型涉及属于微电子器件领域，尤其是涉及一种基于柔性衬底的金属氧化物异质结薄膜晶体管。

背景技术

近些年来，包括有源矩阵液晶显示器（AMLCD）与有源矩阵有机发光二极体（AMOLED）的平板显示器（FPD）在提高分辨率、屏幕面积与降低功耗方面的需求与日俱增。薄膜晶体管（TFT）是FPD在生产应用中的关键器件。而比较高载流子迁移率、透明度、均匀性以及电稳定性使得金属氧化物被认为是可以取代传统非晶硅作为TFT中半导体的重要材料。传统半导体金属氧化物的制备工艺一般需要基于真空环境进行，并且需要较高的退火温度，这不利于电子器件的大规模、低成本的生产应用。溶液法于之相比，具有工艺简单、可在空气中低退火温度下进行的优点，因此可以应用于柔性衬底上制造柔性器件并且大幅降低生产成本。

经研究发现，绝缘层的性能会对器件的性能以及稳定性方面产生重要影响，比起传统的二氧化硅（SiO2），溶液法制备的高介电常数材料，如Al2O3、ZrO2、HfO2、Y2O3等，具有低驱动电压、增加器件整体器件电子迁移率等优点。因此，基于溶液法的高介电常数绝缘层制备目前成为了研究重点。然而，传统的硝酸盐溶液前驱体源在成膜过程中通常需要较高的温度来提供形成M-O键所需的能量，同时还会因残余杂质的去除而在膜内部形成孔洞、引入缺陷，对器件的性能产生负面影响。本实用新型将硝酸盐溶液的前驱体源进行进一步加工，以新型前驱体源制备出可形成质密高质量的纳米簇薄膜。于此同时，引入深紫外退火的工艺，可将制备温度降低到60℃。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种一种利用溶液法制备的可应用于大规模柔性集成电路的高性能薄膜晶体管。

本实用新型的技术方案是：一种基于纳米簇绝缘层的高性能薄膜晶体管，包括衬底、电极、绝缘层和半导体层；所述电极分为栅电极、源电极和漏电极；所述衬底上设置有绝缘层；所述绝缘层和衬底之间设置有栅电极；所述绝缘层上设置有半导体层；所述半导体层上设置有源电极和漏电极；所述衬底为柔性材料；所述绝缘层为纳米簇材料；所述半导体层为金属氧化物半导体层。

优选的，所述电极的材料为金。

优选的，所述绝缘层为水溶液法制备的铪掺杂氧化铝纳米簇材料。

优选的，所述半导体层为锌锡氧材料。

优选的，所述衬底为柔性透明材料聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯萘树脂。

一种基于纳米簇绝缘层的高性能薄膜晶体管的制备方法：具体制备步骤包括：

1）清洗衬底：将衬底先用丙酮溶液超声清洗15-25 min，再用乙醇溶液超声清洗15-25 min，最后去离子水冲洗，氮气吹干；

2) 生长栅电极：在衬底上利用正胶光刻工艺匀胶、图案化显影后，用电子束蒸发工艺现在衬底上以0.8-1.2Å/s的速率生长45-55nm厚的Au作为栅电极；

3）栅电极图案化：将生长电极后的器件置入丙酮溶液中超声清洗25-35秒后，置入无水乙醇溶液中浸泡4.5-5.5分钟，随后用去胶液浸泡4.5-5.5分钟、超声清洗0.5-1.5分钟，去掉非保留部分的栅电极；