[发明专利]氧化物半导体薄膜的制作方法及应用

说明书

本发明公开了一种氧化物半导体薄膜的制作方法，包括：对基底进行疏水处理，获得改性基底；配制电子墨水：向氧化物半导体的前驱体溶液中加入功能试剂，获得电子墨水；该功能试剂兼具亲水性和提高粘度作用；将电子墨水印刷在改性基底的表面，形成墨滴；待墨滴干燥后，对墨滴进行退火处理，在改性基底上获得氧化物半导体薄膜。该制作方法可形成小尺寸、少厚度的氧化物半导体薄膜；同时，避免使用真空设备及光刻工艺，有效减少了制作成本。基于该氧化物半导体薄膜的制作方法，本发明还提供了一种氧化物薄膜晶体管及其制作方法，将上述氧化物半导体薄膜用作有源层，可以在单位面积上最大化地集成更多的氧化物薄膜晶体管，满足了显示背板的高像素需求。

技术领域

本发明属于电子材料及器件技术领域，具体地讲，涉及一种氧化物半导体薄膜的制作方法、以及该氧化物半导体薄膜在氧化物薄膜晶体管中的应用。

背景技术

氧化物薄膜晶体管由于其稳定性好、制备温度低的优势，已经成为新一代的显示背板驱动技术。在氧化物薄膜晶体管中，关键结构即氧化物半导体薄膜。高性能的氧化物半导体薄膜不仅可以采用真空沉积制备，也可以采用喷墨印刷制备；其中，采用印刷工艺制备该氧化物半导体薄膜，避免了使用真空设备和光刻工艺，具有工艺简单和成本低廉等优点。

若想实现能驱动LCD和OLED发光的显示面板，需要在单位面积集成大量TFT器件，这对单个TFT器件的尺寸及占空比等提出了很高的要求。例如，55寸的4K显示屏要求单个像素点的尺寸约为100μm×300μm，这对薄膜晶体管的尺寸做出了很大的限制。作为TFT器件中最重要的结构，有源层阵列需要控制尺寸小于50μm，而溶液法制备的氧化物TFT对其中有源层的厚度需要控制小于30nm。通常使用喷墨体积为10pL的喷墨印刷设备，在使用水相墨水印刷时，由于水的表面张力较大，承印表面需要进行亲水处理，处理后印刷的氧化物半导体薄膜尺寸大于80μm，不能满足高集成度的要求。如果缩小喷头，减小喷墨体积，则容易造成喷头堵塞；而且当前1pL喷墨打印的相关工艺还很不成熟，无法应用于大面积制备。

通常可以采用表面修饰的方法获得不同接触角的基底表面，从而获得不同尺寸的喷墨印刷氧化物半导体薄膜阵列；但由于喷墨的液滴体积基本恒定，氧化物半导体薄膜尺寸的减小必然会带来厚度的增加。实验表明，当基底表面的接触角大于30°时，氧化物半导体薄膜的尺寸能够降低到30μm以下，但此时其厚度将大于100nm，制备的薄膜晶体管性能很差，说明较厚的氧化物半导体薄膜不利于制备高性能的薄膜晶体管。

因此，针对现有技术不足，提出一种通过印刷工艺来制备兼具小尺寸和低厚度的氧化物半导体薄膜的方法以克服现有技术的不足尤为必要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种氧化物半导体薄膜的制作方法，该制作方法有效地同时控制了氧化物半导体薄膜的尺寸和厚度，以使该氧化物半导体薄膜应用于氧化物薄膜晶体管中时，能够保证该氧化物薄膜晶体管获得优异性能。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种氧化物半导体薄膜的制作方法，包括：

对基底进行疏水处理，获得改性基底；

配制电子墨水：向氧化物半导体的前驱体溶液中加入功能试剂，获得电子墨水；其中，所述功能试剂兼具亲水性和提高粘度作用；

将所述电子墨水印刷在所述改性基底的表面，形成墨滴；

待所述墨滴干燥后，对所述墨滴进行退火处理，在所述改性基底上获得氧化物半导体薄膜。

进一步地，所述功能试剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量为40000或1300000。