[发明专利]一种铈掺杂的氧化锆薄膜的制备方法及其在制备晶体管中的应用

说明书

本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，具体涉及一种铈掺杂的氧化锆薄膜的制备方法及其在制备晶体管中的应用，为研制高介电常数、低漏电流的介电层薄膜，本发明提供了一种铈掺杂的氧化锆薄膜的制备方法，即将锆源和铈源溶于有机溶剂中，预先制备锆铈氧化物前驱体溶液，最后涂覆在衬底上进行热处理制得，所制备的铈掺杂的氧化锆薄膜表面平整、致密，电学性能好，应用于制备薄膜晶体管领域，具备较好的击穿特性，更低的漏电流密度。同时，本发明的铈掺杂的氧化锆薄膜晶体管结构简单，制备工艺简便,易于推广。

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管制备技术领域，特别涉及一种铈掺杂的氧化锆薄膜的制备方法及其在制备晶体管中的应用。

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。不论在目前先进显示市场中占绝对主导优势的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)，还是代表未来柔性显示趋势的AMOLED(有源矩阵有机发光二极管显示器)，TFT器件均在其中的像素驱动单元中占据关键位置。此外，TFT器件还在生物传感、紫外探照等方面得到广泛研究与应用。因此，研制和发展TFT器件具有重要的意义，而介电层作为TFT的重要部分，对晶体管性能如开启电压、半导体生长形貌等有重要影响。目前晶体管普遍以SiO₂为介电层，但SiO₂的介电常数(K＝3.9)较低，使晶体管的工作电压较大。同时，为满足社会对器件小型化的需求，TFT中的SiO₂介电层物理厚度越来越薄，出现了器件漏电迅速增大、器件功耗增加的问题。若TFT采用高K介电材料作为介电层，则可在相同的物理厚度下提供更大的电容，可降低漏电流以及工作电压，使器件在低压下工作，降低器件的总体功耗。而稀土元素由于可以控制氧空位、改善界面质量、提高结晶温度以及介电常数和对能带进行调控等原因，常被用于对高K材料的掺杂以提高其性能。

目前大部分的高K介电材料是通过脉冲激光沉积、磁控溅射、原子层沉积等方法进行制备，这些制备方法需要在真空环境或者惰性气体保护下进行，操作复杂、成本高。而利用化学液相法可以实现在空气环境中低成本、大面积制备高K介电薄膜，为进一步的TFT的制备提供了高介电常数、低漏电流的介电层薄膜，使其可以表现出良好的电学性能。氧化锆是一种具有较高介电常数的材料，将其应用在晶体管作为介电层可有效降低器件所需的工作电压。尽管如此，氧化物锆单独作为介电层依然存在与Si衬底生成低介电常数SiO₂，介电常数不足以及溶液法低温制备的氧化锆薄膜漏电大等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种铈掺杂的氧化锆薄膜的制备方法。

本发明的第二个目的是提供采用上述制备方法得到的铈掺杂的氧化锆薄膜在制备晶体管中的应用。

本发明的第三个目的是提供一种铈掺杂的氧化锆薄膜晶体管。

本发明的第四个目的是提供一种铈掺杂的氧化锆薄膜晶体管的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

将锆源和铈源溶于有机溶剂中，制备锆铈氧化物前驱体溶液，最后涂覆在衬底上后进行热处理制得。

优选的，所述锆源为乙酰丙酮锆，所述铈源为乙酰丙酮铈。

高K介电薄膜的制备方法对于薄膜晶体管的质量和电学性能起到了关键影响，因此，寻找合适的制备方法以及选择高K材料的掺杂材料，使其可以有效降低器件所需的工作电压和漏电流，是本发明研究的主要内容。为制备一种铈掺杂的氧化锆薄膜，本发明以锆源和铈源为前驱体，制备铈掺杂的氧化锆薄膜作为介电层，由于铈的电负性比锆小，对氧离子的吸附能力比较强，所以能有效的抑制氧扩散，减少氧空位密度，降低边界陷阱电荷，并且铈元素可以抑制界面低介电常数物质SiO₂的生长，从而拥有更好的击穿特性以及更低的漏电流密度。