[发明专利]一种P型氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种P型氧化物半导体薄膜晶体管，同时 还涉及一种P型氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管是一种靠多数载流子传输电流的单极型半导体器件，其中半导体有源层对 器件性能和制造成本有至关重要的影响。随着新工艺、新材料、新结构的不断出现，新型 薄膜晶体管不仅应用在有源阵列显示器件中，还可以应用在薄膜集成电路、光电图像传感 器、薄膜存储器和气敏传感器等领域。近年来，以氧化物半导体为有源层的薄膜晶体管引 起了人们的广泛关注，该类器件具有迁移率高、制备温度低、可见光透明性好、阈值电压 低等优势，在平板显示驱动和新型氧化物电子电路中有广阔的应用前景。

然而，多数氧化物半导体呈本征N型导电特性，所以目前研究的氧化物薄膜晶体管主 要是N型器件，有关P型氧化物薄膜晶体管的报道还比较少。随着薄膜晶体管的研究深入， P型薄膜晶体管的研究逐渐提上日程。P型氧化物薄膜晶体管的研究意义主要体现在以下 几个方面：1)N型氧化物TFT只有与P型氧化物TFT结合才能组成互补型金属氧化物半 导体(CMOS)电路，这是实现氧化物半导体大面积电子电路的基础。大面积电子技术是 相对于传统硅衬底的小面积而言的，其研究课题是在大面积绝缘衬底上制作有源电子器 件，如有源矩阵寻址器件、固体成像器件和可编程存储器等。2)近年来已经有很多氧化 物半导体薄膜晶体管驱动的平板显示器的报道，随着分辨率和清晰度的提高，可以利用氧 化物半导体COMS电路制作显示阵列的外围驱动电路，解决高密度引线的困难等问题， 使显示区域与周边驱动电路集成一体化。3)由于P型氧化物半导体TFT具有空穴注入的 特点，从而更适合驱动有机发光二极管(OLED)显示器的像素单元。4)氧化物半导体可 以制作成可见光范围透明的薄膜晶体管，透明薄膜晶体管再与其它透明器件组成透明电子 线路，从而可研制出具有全新信息传输方式的系统，这种电子线路可以用玻璃或者透明的 塑料为衬底，大大降低电路的制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种P型氧化物半导体薄膜晶体管，空穴迁移率高，与现有微电 子工艺兼容、化学稳定性好，具有很好的电学性质。

本发明的第二个目的是提供一种P型氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种P型氧化物半导体薄膜晶体管，包括：

衬底，所述衬底为重掺杂硅衬底，该重掺杂硅衬底同时作为栅电极使用；

绝缘层，为绝缘氧化物膜，位于所述栅电极上；

有源层，为P型铜铁矿结构氧化物膜，位于所述绝缘层上；

源电极、漏电极，均为Cu膜，分别位于所述有源层上；

其中，所述P型铜铁矿结构氧化物膜的材料为CuAlO₂、CuInO₂或CuGaO₂。

所述衬底为重掺杂N型硅衬底。重掺杂硅衬底为导电材料，可同时作为栅电极使用。

所述绝缘氧化物膜的材料为SiO₂、ZrO₂或Al₂O₃。

所述绝缘层的厚度为100～300nm。所述有源层的厚度为80～150nm；所述源电极、 漏电极的厚度为200～300nm。

本发明的P型氧化物半导体薄膜晶体管，采用底栅顶电极结构，以P型铜铁矿结构氧 化物膜(CuAlO₂、CuInO₂或CuGaO₂)作为有源层，该氧化物膜呈现稳定的P型半导体特 性，根据价带化学修饰理论，铜铁矿氧化物中铜离子的闭壳层能级同氧离子的2p能级具 有相近的能量，使得其价带顶频带展宽，从而获得高的空穴迁移率；该薄膜晶体管结构简 单、工艺兼容，可见光波段透过率高、化学稳定性好，具有很好的电学性质，在有机发光 二极管显示和互补型氧化物半导体电子电路及透明电子电路中具有广阔的应用前景。

一种上述的P型氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：

1)在重掺杂硅衬底上制备绝缘氧化物膜作为绝缘层；

2)采用磁控溅射法在绝缘层上制备P型铜铁矿结构氧化物膜作为有源层，后在氮气 气氛下进行退火处理，得半成品；