[发明专利]一种非晶铟铝锡氧化物半导体薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种非晶铟铝锡氧化物半导体薄膜的制备方法，包括：(1)清洗衬底；(2)使用射频磁控溅射法以IATO陶瓷靶作为靶材，在衬底上沉积非晶IATO薄膜；IATO陶瓷靶中In原子所占原子比为10％‑70％，Al原子所占原子比为10％‑50％，Sn原子所占原子比为10％‑50％；(3)在空气中对非晶IATO薄膜进行热退火处理，即得。本发明通过探索和优化制备及热退火工艺参数，制备的非晶铟铝锡氧化物薄膜具有非晶结构，薄膜的表面平整、粗糙度低，具备高的可见光透过率和宽的带隙，同时表现出极高的霍尔迁移率、较低的电阻率以及合适的载流子浓度，在薄膜晶体管等器件领域具备了广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种非晶铟铝锡氧化物半导体薄膜的制备方法，属于半导体材料与器件技术领域。

背景技术

非晶的氧化物半导体(AOS)由于具有较高的载流子迁移率和透明度以及较好的均一性，已成为薄膜晶体管(TFT)中有源层材料的最大热门。新型的AOS TFT在平面显示、光学信息处理等领域有着Si基TFT无法比拟的优势。因此，各研究组对AOS材料及相关TFT进行了大量的研究工作，特别是自2004年非晶的铟镓锌氧化物(IGZO)TFT被首次报道以来[K.Nomura,H.Ohta,A.Takagi,T.Kamiya,M.Hirano and H.Hosono,Room-temperaturefabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphousoxide semiconductors.Nature,432,488-492,2004.]，极大地推动了AOS的实验研究。然而，由于IGZO的光学带隙相对较窄(～3.2eV)，导致用它制备的TFT具有较差的光照稳定性。同时，研究发现当IGZO TFT在偏压和外界环境等作用下工作一段时间以后，器件的电学性能也会出现严重退化。因此，寻找一种更合适的AOS材料来提高TFT有源层的带隙和稳定性是十分有必要的。

铟铝锡氧化物(IATO)可以认为是In₂O₃、Al₂O₃和SnO₂三种材料的合金。根据R.Hill关于半导体合金的带隙变化的研究，IATO的带隙应该随材料的组分在In₂O₃和Al₂O₃的带隙之间变化，即在～2.9-8.7eV之间变化，远大于IGZO～2.9-4.9eV的调制范围(Ga₂O₃带隙～4.9eV)。因此，通过Al元素代替Ga元素，首先可以提高材料带隙的宽度和调制范围，进而提高薄膜和TFT器件的光照稳定性。其次，相对于Ga-O键，Al-O键更高的结合能也更有利于实现对有源层中载流子浓度的有效调控以及提高器件的电学稳定性。用Sn替代Zn元素，则一方面有利于提高有源层材料的电学和化学稳定性，减少制备工艺与工作环境对TFT器件性能的不良影响，从而提高器件的性能及其稳定性；另一方面，In和Sn都具有极为相似的(n-1)d¹⁰ns⁰(n≥4)的外层电子结构和大的5s轨道半径，两者的共同存在也有利于保证有源层具有较高的电子迁移率。