[发明专利]一种柔性衬底高迁移率氧化物半导体薄膜室温生长与后处理方法

说明书

本发明公开了一种柔性衬底超高迁移率氧化物半导体薄膜室温制备方法，在有机聚合物柔性衬底上氧化气氛室温生长氧化物半导体薄膜，然后进行包括下述四步处理过程的后处理，第一步为Ar等离子体处理，第二步为脉冲激光处理，第三步为O₂等离子体处理，第四步为紫外光处理。上述制备技术和工艺前后相继，有机统一，所制备的ZnO、SnO₂、In₂O₃、Ga₂O₃、TiO₂、InGaZnO、ZnAlSnO薄膜，Hall迁移率均可超过100cm²/Vs，可广泛应用于快速响应的柔性电子与光电子器件。

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体薄膜制备技术，尤其涉及一种柔性衬底且具有超高迁移率的氧化物半导体薄膜室温制备技术。

背景技术

随着社会的发展和进步，人们对信息电子产品的要求越来越高，柔性电子器件被认为是未来的一种新型信息电子产品，具有可穿戴、便携化和智能化的特点。众所周知，柔性电子器件需要使用有机聚合物衬底，而有机衬底的耐热温度很低，通常低于150℃，这就要求在以此为衬底的功能层薄膜在低温下生长，特别是可在室温下生长。在众多的半导体材料中，氧化物半导体薄膜可在室温下生长，因而在柔性电子技术中，氧化物半导体薄膜具有非常重要的地位，是一种核心材料。

但是室温下生长的氧化物半导体材料，结晶质量通常不高，物理化学性能受到很大限制。特别是电学性能，因为氧化物半导体薄膜在室温下生长，结晶度不高，薄膜中的缺陷浓度较高，因而通常迁移率不高，比如：柔性衬底上室温生长的ZnO薄膜，迁移率通常低于15cm²/Vs；柔性衬底上室温生长的SnO₂薄膜，迁移率通常也低于15cm²/Vs；柔性衬底上室温生长的In₂O₃薄膜，迁移率通常低于25cm²/Vs；柔性衬底上室温生长的Ga₂O₃薄膜，迁移率通常低于1.5cm²/Vs；柔性衬底上室温生长的TiO₂薄膜，迁移率通常低于5cm²/Vs。甚至在大多数情况下，上述这些氧化物半导体薄膜的迁移率仅为0.01～1cm²/Vs，在柔性衬底上室温生长的氧化物半导体薄膜低的迁移率对其应用形成了严重的制约。

氧化物半导体薄膜应用于场效应晶体管（FET），要求具有高的迁移率，这样器件就具有快的开光速度；氧化物半导体薄膜应用于传感器（sensors），也要求具有高的迁移率，这样器件就具有快的响应速度；氧化物半导体薄膜用于太阳能电池、发光二极管、高功率电子器件、存储器件等诸多领域，也都要求具有高的迁移率。因而，如何实现在柔性衬底上室温制程下制备的氧化物半导体薄膜具有高的迁移率，依然是一个尚未解决的科技难题。若该科技难题得以解决，则柔性电子器件必将获得快速的发展和广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述科技难题，提供一种柔性衬底高迁移率氧化物半导体薄膜室温生长与后处理方法，经过该后处理方法的氧化物半导体薄膜达到超高迁移率。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案。

本发明提供了一种柔性衬底高迁移率氧化物半导体薄膜室温生长与后处理方法，包括下述步骤，且下述步骤依次进行：

第一步，氧化气氛室温生长：采用薄膜沉积方法，以N₂O-O₂混合气体为工作气氛，气氛总压强为2~6Pa，N₂O:O₂分压比为3:7~1:9，在有机柔性衬底上室温生长氧化物半导体薄膜；

第二步，Ar等离子体处理：Ar气压强5～7Pa，功率70～80W，Ar等离子体轰击薄膜12～16min；