[发明专利]一种以铟锌铝氧化物为沟道层的薄膜晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体的说，涉及一种以铟锌铝氧化物为沟道层的薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)作为有源驱动中的核心元件，其包括基底、半导体沟道层、介质层、栅极、源极和漏极等几个重要组成部分。目前，在显示领域应用最广、技术成熟的是使用硅材料作为半导体沟道层制备的TFT。随着人们需求的提高，加之为了突破处于饱和状态的LCD市场，需要实现3D显示、透明显示以及柔性显示等新一代显示技术。面对新一代显示技术，传统硅基TFT显示出一些不足。目前，透明非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TAOS-TFT)凭借其高的场效应迁移率、好的均匀性、对可见光区透明以及环境稳定性良好等优点，成为最有希望的下一代薄膜晶体管之一。

自非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管报道以来，铟锌氧化物(In-Zn-O, IZO)成为一种很有研究价值的透明非晶氧化物体系。通常，IZO体系的载流子浓度过高，因此会导致器件的关态电流较大。IZO体系中掺Ga是为了抑制该体系中氧空位的形成从而解决IZO体系的载流子浓度过高的问题。考虑到铝离子与氧的结合能力要高于镓离子与氧的结合能力，理论上来讲掺铝对IZO体系的载流子浓度能起到更好的抑制效果。此外，氧化铝还可以作为非晶态的稳定剂，而且它的来源丰富，价格低廉。这些优点使它有望能替代镓控制铟锌氧化物沟道层薄膜缺陷从而进一步促进器件的性能。

近年来，为了降低工业化成本，溶液法制备TAOS-TFT受到了研究人员的青睐。然而，溶液法制备半导体沟道层或介质层主要是结合旋涂或喷墨打印工艺来制备。事实上，浸渍提拉工艺具备成本低廉、操作简单、对溶胶凝胶本身要求不苛刻、可大面积均匀成膜以及适合卷对卷生产等优点。如果将该制备工艺应用于TFT的沟道层或介质层的制备可以大大简化器件制备过程并降低工业化成本。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种低成本、工艺简单、适合大面积制备的薄膜晶体管的制备方法。

本发明以铝来替代镓改善铟锌氧化物沟道层的性能，并提供了基于浸渍提拉工艺制备铟锌铝氧化物沟道层的方法，以成功应用于制备较高性能的薄膜晶体管。

为此，本发明采用了如下技术方案：

本发明选用普通玻璃作为基底，以铟锌铝氧化物作为沟道层，以有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料作为介质层，以铝作为器件的源、漏、栅电极，制备了顶栅共面结构的薄膜晶体管。本发明中，沟道层及介质层均采用溶液法，基于浸渍提拉工艺来制备。器件的源、漏、栅电极采用真空热蒸发的方法制备。

本发明提供的一种以铟锌铝氧化物为沟道层的薄膜晶体管的制备方法，具体步骤如下：

(1)将In(NO₃)₃·4.5H₂O、Zn(C₂H₃O₂)₂·5H₂O和AlCl₃·6H₂O溶于乙二醇中，以乙醇胺作为稳定剂，20～80℃下搅拌1～24小时形成澄清、透明的前驱体溶液，其中，所述前驱体溶液浓度为0.05～0.5M，In(NO₃)₃·4.5H₂O、Zn(C₂H₃O₂)₂·5H₂O和AlCl₃·6H₂O中铟离子、锌离子、铝离子的摩尔比为1:1:(0.2-0.8)；

(2)将所得的前驱体溶液静置老化后，在玻璃基底上浸渍提拉镀膜，提拉速度为0.1～0.5 mm/s，提拉结束后的薄膜放入烘箱内在200～250℃温度下预处理20～60分钟，后经300～500℃退火2～10小时，得到铟锌铝氧化物薄膜沟道层；

(3)利用真空热蒸发的方法结合掩膜在上述所得铟锌铝氧化物薄膜沟道层上制备源电极和漏电极；

(4)基于浸渍提拉工艺，在包含源电极和漏电极的铟锌铝氧化物薄膜沟道层上用溶有聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液制备PMMA介质层；

(5)通过真空热蒸发的方法在PMMA介质层的上面制备栅电极，即得到所需产品。

本发明中，步骤(1)中乙醇胺与乙二醇体积之比为 0.1:20-1:20 。

本发明中，步骤(2)中制备铟锌铝氧化物薄膜沟道层时所述前驱体溶液在玻璃基底上浸渍提拉、烘箱内烘烤及退火的次数均为1-3次。