[发明专利]具有正电荷阻挡层的金属氧化物薄膜晶管器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，特别是涉及一种金属氧化物薄膜晶管器件及其制备方法，应用于电致发光显示技术领域。

背景技术

随着显示技术的发展，人们对于显示品质要求越来越高，有机发光显示因具有高对比度、宽视角、响应速度快、轻薄等优点，并且低温工艺可实现柔性化，柔性有源矩阵有机发光显示(AMOLED)正逐渐成为们研究的重点。因此，迫切地需要一种既具有较高电子迁移率，又可以在低温下生长于柔性基板上，同时具有较好的均匀性，透明性，稳定性等优点的半导体材料。透明非晶金属氧化物半导体材料能满足以上要求，非晶金属氧化物半导体薄膜晶体管被喻为最有可能取代硅基薄膜晶体管的下一代平板显示有源驱动技术。

目前金属氧化物薄膜晶体管的稳定性问题成为了其应用的瓶颈问题，大部分研究集中通过致密的钝化层来阻止有源层与空气接触，改善薄膜晶体管器件的偏压稳定性。而在有机显示和液晶显示中，薄膜晶体管往往会同时受到偏压和光照两种因素的影响，所以研究金属氧化物薄膜晶体管在光照下的偏压稳定性尤为重要，实验研究表金属氧化物薄膜晶体管的负偏压不稳定性更加突出。前人通过减小氧化物薄膜晶体管的有源层厚度的方法减小器件的缺陷态电荷，提升器件的光照负偏压稳定性，但是器件的正偏压稳定性会变差。另有研究小组通过在金属氧化物中掺杂Hf、Zr等元素来提升薄膜晶体管的负偏压稳定性，但器件的迁移率也因此受到较大的损失。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有正电荷阻挡层的金属氧化物薄膜晶管器件及其制备方法，突破现有技术的TFT常规结构，采用在氧化物半导体有源层中插入一层正电荷阻挡层从而来改善薄膜晶体管的负偏压稳定性，正电荷阻挡层有效地抑制在光照负偏压情况下空穴向有源层/绝缘层的界面移动，从而提升氧化物薄膜晶体管器件的负偏压稳定性，另外较薄的正电荷阻挡层也不会影响薄膜晶体管器件的迁移率。本发明功能层结构容易实现且制备方法简单，同时还能有效地避免氧化物薄膜在刻蚀过程中造成的损伤。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种具有正电荷阻挡层的金属氧化物薄膜晶管器件，依次由基板、栅极、绝缘层、金属氧化物半导体有源层、源极、漏极、钝化层构成底栅结构，并在金属氧化物半导体有源层中间沉积一层厚度为0.5～5nm的正电荷阻挡层，形成复合有源功能层。

作为本发明优选的技术方案，在金属氧化物半导体有源层中的正电荷阻挡层位于距离绝缘层薄膜表面的15～70nm处。

上述正电荷阻挡层优选采用Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、LiF、TiO_x和Ta₂O₅材料中的任意一种材料或者任意几种材料制成。

上述金属氧化物半导体有源层优选采用ZnO、InGaZnO、SnO₂和In₂O₃中的任意一种材料或任意几种材料制备的金属氧化物半导体薄膜，金属氧化物半导体有源层的厚度控制在10～80nm之间。

上述基板材料优选为硅片、玻璃或者陶瓷。

上述栅极的材料优选采用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ITO、W、Ag和Ta中的任意一种材料或任意几种材料，栅极厚度优选为60～200nm；上述源极材料或上述漏极材料分别优选采用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg和Ca中的任意一种材料或任意几种材料，上述源极或上述漏极形成的同层电极层的厚度优选为40～150nm。

上述绝缘层或上述钝化层分别优选采用Ta₂O₅、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂和SiN_1~1.5中的任意一种材料或任意几种材料制备成薄膜，上述绝缘层厚度优选为100～300nm，上述钝化层厚度优选为50～200nm。

一种具有正电荷阻挡层的金属氧化物薄膜晶管器件的制备方法，分别采用下述方法依次逐层制备各功能结构层，包括如下步骤：

a．在基板之上通过真空蒸发工艺或溅射工艺制备栅极功能层；

b．采用磁控溅射方法或化学气相沉积方法，在步骤a中制备的栅极功能层之上继续制备绝缘层；