[发明专利]氧化物半导体薄膜及制备方法、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氧化物半导体薄膜的制备方法，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

采用氧化物制作薄膜晶体管近年来备受关注，它们有着高的迁移率和透过率，传统的非晶硅迁移率较低、光敏性强，多晶硅薄膜晶体管工艺复杂，而有机薄膜晶体管又难以克服低寿命、低迁移率的弱点，用氧化物制成全透明的薄膜晶体管用在有源矩阵驱动显示器上将大大提高有源矩阵的开口率。参见附图1，n型半导体薄膜晶体管包括栅极、绝缘层、半导体层、源、漏极。

在有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）的应用中，迁移率较低的非晶硅晶体管（一般小于1cm²V^-1s^-1）无法适用，必须采用迁移率较高的其他晶体管。透明氧化物半导体薄膜的迁移率较高，工艺温度比较低，从而可以应用于透明电子器件发挥其半导体性能。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。

目前在薄膜晶体管中应用的氧化物半导体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半导体薄膜制备的成本，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。采用溶液方法制备氧化物半导体薄膜的技术可以克服以上缺点，溶液法包括旋转涂布法，喷墨打印法，热喷涂分解法，浸渍提拉法等。但是因为氧化物中是一类复杂的无机物，其中会有很多因制备工艺不同而产生的缺陷，缺陷包括晶格错位、羟基、悬挂键，杂原子存在等，采用溶液法制备氧化物半导体薄膜，受前驱体溶液成膜性能、热氧化工艺等因素的影响，制成的薄膜会具有一定的薄膜缺陷或者有引入杂质，其中，薄膜缺陷主要表现为晶格缺陷和羟基缺陷，它们一般是由剧烈热氧化过程和不完全氧化造成的，不完全氧化同时还会引入大量的碳杂质，根据采用前驱体材料的不同，其他杂质元素，如Cl，N，Si等也会有一定的残留。根据国内外相关研究报道，这些缺陷和杂质原子都会捕获载流子或散射载流子，影响载流子传输性能。因此，采用溶液法制备的氧化物半导体薄膜形成的晶体管的性能一般并不理想，无法达到射频磁控溅射法的水平。

中国专利文献CN101510513A公开了一种溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜晶体管的方法，具体如下：配制含醋酸锌和二乙醇胺的异丙醇溶液，其中醋酸锌与二乙醇胺的摩尔比为0.1:1到10:1，锌离子在溶液中的摩尔浓度为0.0lM到0.5M;将含醋酸锌和二乙醇胺的异丙醇溶液旋涂或拉膜涂覆于ATO/ITO/glass基体的ATO层上，ATO层和ITO层的厚度分别在400nm以下;在150℃到200℃预热10-15分钟，而后在400℃到650℃下热处理15-20分钟;重复进行涂覆、预热和热处理操作至形成的氧化锌薄膜厚度达到30nm一100nm；用蒸镀方法在氧化锌薄膜表面制备源漏电极阵列。该现有技术中在制备氧化锌半导体层是采用了旋涂或者拉膜的溶液方法，但是该现有技术的晶体管的载流子迁移率较低，仅为大于2cm²V^-1s^-1，通常，载流子迁移率较小时为了保证一定的响应驱动该晶体管运行的能耗就会加大，迁移率越大，为了保证同一响应时间所述能耗越小，所以对于响应速度要求较高的场合，由于低载流子迁移率需要的能耗太大从而不能适用。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中采用溶液法制备的氧化物薄膜受前驱体成膜性等因素影响形成的薄膜晶体管的性能不理想、载流子迁移率低的问题，进而提供一种氧化物半导体薄膜的制备方法。本发明还提供使用该方法形成的氧化物半导体薄膜以及应该该氧化物半导体薄膜的薄膜晶体管。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种氧化物半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备前驱体溶液

将含有目标氧化物金属离子的前驱体材料和稳定剂溶解于溶液中，充分搅拌使其充分溶解，得到前驱体溶液；

（2）制备反应溶液

在前驱体溶液中加入带有羟基（OH）或者烷氧基（OR）的催化剂，搅拌使其充分溶解得到反应溶液；