[发明专利]一种多元醇还原技术制备p型氧化物薄膜材料的方法

说明书

本发明公开了一种多元醇还原技术制备p型氧化物薄膜材料的方法，首先制备CuO和NiO前驱体溶液；清洗带有SiO₂薄膜层的衬底采用常规的旋涂技术旋涂前驱体溶液，经过旋涂、烘焙、固化、退火得到CuO和NiO沟道层薄膜；利用常规的真空热蒸发法利用不锈钢掩膜版在CuO和NiO沟道层薄膜上制备金属源、漏电极；将硝酸铝形成的AlO_x前驱体溶液旋涂硅衬底表面，固化、热退火处理得到AlO_x高k介电薄膜；在AlO_x高k介电薄膜表面利用旋涂技术制备NiO薄膜；利用真空热蒸发技术和不锈钢掩膜版在NiO沟道层薄膜上制备金属源、漏电极。本发明的有益效果是有效降低了器件能耗；制作成本进一步降低。

技术领域

本发明属于半导体薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种多元醇还原技术制备p型氧化物薄膜材料的方法。

背景技术

近年来，金属氧化物薄膜晶体管(Metal-Oxide Thin-Film Transistor，MOTFT)在有源矩阵驱动液晶显示器件(Active Matrix Liquid Crystal Display,AMLCD)中发挥了重要作用。从低温非晶硅TFT到高温多晶硅TFT，技术越来越成熟，应用对象也从只能驱动LCD(Liquid Crystal Display)发展到既可以驱动LCD又可以驱动OLED(Organic LightEmitting Display)、甚至电子纸。TFT在过去的十多年中已经成为平板显示行业的核心部件，每台显示器都集成了数百万甚至上亿个TFT器件。目前研究与应用最多金属氧化物材料主要为ZnO、SnO₂和In₂O₃体系(Nature,432 488,2004；Nature Materials,10 382,2011)。然而，这些氧化物材料均为n型半导体，极大的限制了互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,CMOS)器件和数字集成电路的发展。在以往的报道中，为了实现高共模输入范围和高输出电压摆幅的CMOS器件，有机TFT通常被用作其中的p型单元器件(Advanced Materials 22 3598,2010)。但是有机TFT的低迁移率和环境不稳定性仍然是目前难以攻克的难关。基于上述原因，发展p型金属氧化物材料及其TFT器件对于大规模CMOS集成电路的发展具有重要的意义。

P型半导体材料主要有CuO、Cu₂O、NiO、SnO等金属氧化物，目前没有以p型氧化物作为TFT沟道层的发明。这主要是由于自然界中较少的本征p型半导体材料以及高质量p型氧化物薄膜生长的困难程度。此外，目前p型氧化物薄膜的制备大多基于真空沉积方法(例如磁控溅射、脉冲激光沉积、热蒸发等)，这类真空制备工艺需要依托昂贵的设备且难以实现大面积成膜，制约了低成本电子器件的生产。考虑到将来电子器件发展的新方向—“印刷电子器件”，利用成本低廉的化学溶液技术制备p型氧化物薄膜将是一个更好的选择。目前文献报道中有关化学溶液法制备的p型TFT器件均需要苛刻的实验条件：高温退火(700℃)、长的退火周期(12h)和复杂的制备过程。在本发明中，我们以去离子水作为溶剂、甘油作为还原剂，利用“多元醇还原”技术在150℃条件下制备Cu和Ni纳米颗粒，然后低温(350℃)氧化处理，得到所需p型CuO和NiO薄膜材料及TFT器件。