[发明专利]氧化锌锡薄膜及制备方法、薄膜晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管领域，尤其涉及一种应用于晶体管的溶液法制备氧化锌锡薄膜的方法，还涉及应用该制备方法制备的氧化物半导体薄膜，以及应用该氧化物半导体薄膜的薄膜晶体管，还包括所述薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

相比于传统的非晶硅材料以及有机半导体材料，氧化物半导体材料，因其较高的载流子迁移率、透明性、热稳定性、环境稳定性、原料易得、制备成本低等优点而备受关注。近10年来，基于氧化物半导体材料的薄膜晶体管相关研究取得了非常大的技术进步，部分性质优异的氧化物半导体材料，如氧化铟镓锌（IGZO），已经在实际生产中得到广泛的应用。因其较高的载流子迁移率和稳定性，采用IGZO等氧化物半导体制备的薄膜晶体管作为驱动装置已经实现了对有源显示设备（如有源矩阵有机发光二极管面板，AMOLED）的驱动，部分替代了基于硅半导体材料的晶体管驱动。在AMOLED中，采用透明氧化物半导体薄膜晶体管作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗和减小工艺复杂性。同时，可以应用于未来AMOLED的柔性显示。因而，氧化物薄膜晶体管得到了重视和广泛关注。

基于日本著名学者H.Hosono的理论，氧化物半导体中金属离子的ns轨道成球状对称结构，不受限于空间排列，可以实现较大程度上的原子轨道交叠，为载流子的有效传输提供了通道。这种电子结构，十分有利于n型载流子的传输。这同时也提供了氧化物半导体材料可作为有源层应用于n型薄膜晶体管的理论依据。图1为n型半导体薄膜晶体管的工作原理示意图。

常用于制备氧化物半导体的金属元素包括Zn，Ga，In，Sn等，其中In和Ga的储量并不丰富，原料成本较高；单纯的氧化锌薄膜，因为仅含有半径较小的4s轨道，交叠不够充分，其载流子迁移率较其他氧化物半导体低，其晶体管性能受到限制。而氧化锌锡薄膜具有原料丰富易得，透明度高（带隙为3.1至3.4eV），载流子传输性能好等优点。因此，不含In、Ga的氧化锌锡薄膜，越来越受到重视，是最有应用前景的氧化物半导体之一。

目前在薄膜晶体管中应用的氧化锌锡薄膜大多需要依托真空技术来制备，最常见的制备方法为射频磁控溅射法。这种需要大型真空设备的制备方法大大的增加了氧化物薄膜制备的成本，增加了大尺寸制备电子器件以及显示设备的难度和可行性，增加了相关生产制备的能耗。而近十年中新兴起的采用溶液方法制备氧化物薄膜的技术可以克服以上缺点。目前，较为成熟的溶液法工艺包括旋转涂布，喷墨打印，热喷涂分解，浸渍提拉等类别。

例如，现有技术中公开了一种氧化锌锡薄膜的制备方法（Zhao,Y.L.,Duan,L.A.,Qiao,J.A.,Zhang,D.Q.,Dong,G.F.,Wang,L.D.,and Qiu,Y.(2011).Preparation and properties of solution-processed zinc tin oxide films from a new organic precursor.Sci China-Chem 54,651-655.），该方法采用2-乙基己酸亚锡作为锡的前驱体、醋酸锌作为锌的前驱体，二乙醇胺为助溶剂，乙二醇单甲醚（methoxyethanol）为溶剂，形成前驱体溶液，经旋涂成膜后，经退火程序得到氧化锌锡薄膜，该退火程序为在450℃下退火2小时或者按照以下退火程序退火：从20℃经15min线性升温至150℃，并在150℃保温10min，再从150℃经20min线性升温至450℃，在450℃恒温处理120min。该现有技术表明，该前驱体溶液应用于溶液法制备氧化物薄膜，具有溶解性好，成膜工艺简单，所制备薄膜具有形貌平整等优点。但是申请人研究发现使用该薄膜制备的薄膜晶体管的性能并不理想，器件性能较低，载流子迁移率仅为1.1cm²V^-1s^-1。这是因为氧化锌锡的自身性质，导致其形成的氧化锌锡薄膜有较高的羟基缺陷和较低的氧空位，采用该现有技术的热处理程序，所得薄膜为均一的无定形氧化锌锡，高的羟基缺陷和较低的氧空位均匀的存在于形成的氧化锌锡薄膜中，而较高的羟基缺陷和较低的氧空位导致氧化锌锡薄膜的载流子浓度较低，从而使得制备出的薄膜晶体管的载流子迁移率低。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中采用2-乙基己酸亚锡为锡的前驱体材料制备的氧化锌锡薄膜形成的薄膜晶体管的载流子迁移率较低的问题，进而提供一种溶液法制备氧化锌锡薄膜的方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：