[发明专利]一种低温制备高迁移率铟锆氧薄膜晶体管的溶液方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体及微电子器件领域，特别涉及一种低温制备高迁移率铟锆氧薄膜晶体管的溶液方法，铟锆氧薄膜晶体管在信息电子等领域有重要应用前景。

背景技术

进入二十一世纪后，显示器件已经成为人们获取信息、进行信息交换的主要终端设备，薄膜晶体管（Thin Film Transistor）作为有源驱动技术的关键器件对显示设备的整体性能有着举足轻重的影响。到目前为止，发展最为成熟的是非晶硅薄膜晶体管及多晶硅薄膜晶体管。然而非晶硅晶体管的缺点是载流子迁移率低(<1cm²/Vs)，难以满足有机发光二极管电流驱动的要求，同时 a-Si:H晶体管易受光照影响，使得工作稳定性较差；多晶硅晶体管生产工艺比较复杂，成本较高，同时受激光晶化工艺的限制，大尺寸化比较困难。经过多年研究，硅基晶体管的缺点难以得到改善，而以非晶态氧化物半导体作为沟道层的薄膜晶体管得到了快速发展，非晶态氧化物晶体管的优点在于：载流子迁移率较高，器件综合性能优异，制备工艺成熟，上述优点使其具有很大的应用价值。

2004 年，东京工业大学的 Hosono 小组在著名学术期刊《Nature》上发表了非晶铟镓锌氧薄膜晶体管。该铟镓锌氧晶体管的载流子迁移率为 10 cm²/Vs，开关电流比达到了10⁶。自此，以非晶铟镓锌氧为主的多元非晶态氧化物引起了科研人员的广泛关注。因此研究高性能的铟锆氧薄膜晶体管具有极其重要的意义。

目前制备氧化铟基薄膜晶体管的方法多种多样，主要包括气相法和液相法两大类。例如，磁控溅射、电子束蒸发、原子层沉积及化学气相沉积等方法都被用来制备氧化铟基薄膜。然而，这些气相方法通常需要真空环境，增加了设备的复杂，提高了成本。近年来，液相方法日益引起了广泛的关注，得到了迅速的发展，例如溶胶-凝胶法、喷雾热解法等。近年来发展的液相法合成氧化铟基薄膜晶体管的研究报道有许多。例如，公开号为CN103779425B的中国发明专利公开了一种铟镓锌氧化物半导体薄膜和铟镓锌薄膜晶体管的制备方法，包括a）制备乙酰丙酮镓的乙醇溶液、乙酰丙酮锌水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮铟的四氢呋喃溶液；b）将三种溶液进行混合并搅拌均匀，制得铟镓锌氧化物的前驱体溶液；c）将前驱体溶液沉积在基板材料上并进行退火处理，制得铟镓锌氧化物半导体薄膜。由上述发明专利可以看出，虽然液相法可以制备较高性能的氧化铟基薄膜晶体管，但液相法通常需要高温（高于400℃）退火，才能促使前驱体薄膜分解并致密化，形成致密的氧化铟基薄膜。因此，寻找一种新的低温液相制备技术，对于铟锆氧薄膜晶体管在各种领域的大规模应用是极为重要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高迁移率铟锆氧薄膜晶体管的低温液相制备方法，实现铟锆氧薄膜晶体管的简易高效制备，更易于大规模生产和应用。本发明的创新点主要在于：发展了新的低温光波方法液相制备高迁移率铟锆氧薄膜晶体管。

本发明的技术方案，具体包括以下步骤：

(1) 制备铟锆氧前驱体溶液：称取可溶性的铟盐及锆盐，量取溶剂，配置浓度为0.01-0.5摩尔/升的铟锆氧前驱体溶液，经过0.1-3小时的磁力搅拌和超声分散形成澄清透明的铟锆氧前驱体溶液；

(2) 制备铟锆氧薄膜：将铟锆氧前驱体溶液涂覆到预先涂有介电层/栅极薄膜的衬底上形成铟锆氧前驱体薄膜，进行50-150 ℃的预热处理，然后经过一定功率、时间和温度的光波退火，根据铟锆氧薄膜的厚度要求可多次涂覆前驱体铟锆氧溶液并退火处理，即得到铟锆氧透明半导体薄膜。

(3) 制备铟锆氧薄膜晶体管：在铟锆氧透明半导体薄膜上沉积源漏电极，即得到铟锆氧薄膜晶体管。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的可溶性的铟盐为硝酸铟、氯化铟、硫酸铟或乙酸铟中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的可溶性的锆盐为硝酸锆、氯化锆、硫酸锆或乙酸锆中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的溶剂为乙二醇甲醚、乙醇、水、乙二醇或二甲基甲酰胺中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述涂覆方法为旋转涂覆法、滴涂法、浸涂法、喷雾法或喷墨打印法。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述介电层为氧化硅、氧化锆、氧化铪、氧化铝、氧化钇或氧化镧中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的栅极薄膜为铝、铜、银、钼、氧化铟锡或金薄膜中的一种或两种以上。