[发明专利]一种溶液法制备三元p型金属氧化物薄膜晶体管的方法

说明书

技术领域：

本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，尤其是一种溶液法制备三元p型金属氧化物薄膜晶体管的方法，用于三元p型金属氧化物半导体薄膜及薄膜晶体管制备场合。

背景技术：

近年来，金属氧化物薄膜晶体管(Metal-Oxide Thin-Film Transistor，简称MOTFT)在有源矩阵驱动液晶显示器件(Active Matrix Liquid Crystal Display,简称AMLCD)中发挥了重要作用。从低温非晶硅薄膜晶体管到高温多晶硅薄膜晶体管，技术越来越成熟，应用对象也从只能驱动液晶显示器件(Liquid Crystal Display，简称LCD)发展到既可以驱动LCD又可以驱动有机发光显示器(Organic Light Emitting Display，简称OLED)，甚至电子纸。薄膜晶体管(简称TFT)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的金属氧化物材料为ZnO、SnO₂和In₂O₃体系(Nature,432488,2004；Nature Materials,10382,2011)。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(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称CMOS)器件和数字集成电路的发展。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 Materials22 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。

目前，用作TFT器件沟道层的p型金属氧化物主要以二元为主，一般为CuO、Cu₂O、NiO、SnO等金属氧化物，但由于二元p型金属氧化物非常有限，对p型材料的探索已逐步拓展到三元。二元p型金属氧化物是指包括两种元素，一种为氧元素，另一种为金属元素，以空穴作为载流子传导电荷的一类金属氧化物；三元p型金属氧化物则包含三种元素，如CuCrO₂、CuAlO₂、CuGaO₂等。三元p型金属氧化物主要应用于太阳能电池的窗口层、平板显示器、低辐射窗、触摸屏、飞机和冰箱的除霜窗口、气体传感器、抗静电涂料的制备，鲜有研究记载将三元p型金属氧化物用作TFT沟道层；此外，三元p型金属氧化物的制备大多基于真空沉积方法，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”，因此，研究低成本大规模制备三元p型金属氧化物作为TFT沟道层的方法是推动透明电子学发展应用的关键，目前，尚无关于溶液法制备三元p型金属氧化物薄膜晶体管的方法的研究记载。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，寻求设计一种溶液法制备三元p型金属氧化物薄膜晶体管的方法，解决传统TFT器件载流子迁移率低，制备成本昂贵，反应条件苛刻的难题，实现低成本制备高性能低能耗的三元p型金属氧化物薄膜晶体管，制得的产物为Ni/CuCrO₂/SiO₂/Si结构的薄膜晶体管。

为了实现上述目的，本发明涉及的溶液法制备三元p型金属氧化物薄膜晶体管的方法，采用“两步退火”技术和溶胶凝胶技术制备三元p型CuCrO₂半导体薄膜作为沟道层，用低阻硅作为衬底，用致密的SiO₂作为栅介电层，制备成三元p型金属氧化物薄膜晶体管，具体工艺步骤为：

(1)清洗衬底：首先选取电阻率为0.0015Ω·cm的低阻硅作为衬底，并依次用丙酮和无水乙醇超声波清洗衬底各5-15分钟，用去离子水冲洗3-5次，再用纯度为99.99％的氮气吹干备用；

(2)热氧化法制备SiO₂栅介电层的制备：接着将切好的厚度为200-800微米的硅片放入管式炉内，800-1200℃条件下退火20-200分钟，制得均匀致密的SiO₂栅介电层薄膜成品，完成栅介电层薄膜的制备；