[发明专利]一种可靠的双极性SnO薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明的可靠的双极性SnO薄膜晶体管，包括衬底、栅极、绝缘层、半导体层、源极和漏极，半导体层为SnO半导体层，SnO半导体层的外表面上设置有氧化铝Al₂O₃材料形成的覆盖层，Al₂O₃覆盖层的厚度大于或等于4nm。本发明的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：a).制备SnO半导体层；b).制备源、漏电极；c).生长Al₂O₃薄膜；d).退火处理。本发明的薄膜晶体管及制备方法，在SnO半导体层上制备一层大于或等于4nm的氧化铝Al₂O₃材料作为覆盖层，不仅将SnO薄膜与外界环境中的水、氧气等隔离开来，而且使得所制备的SnO薄膜晶体管具备了双极性，使其可被广泛应用于柔性低功耗互补逻辑电路中。

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，更具体的说，尤其涉及一种可靠的双极性SnO薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

相比传统非晶硅半导体及有机半导体，氧化物半导体具有迁移率高（～1-100cm²/Vs）、可见光透明性好、稳定性好、工艺成本低（可溅射、溶液法成膜等）、工艺温度低（可低至室温加工）、易于大面积柔性制备等优点，被认为是柔性透明电子电路的理想材料。大部分氧化物半导体因其固有缺陷（如氧空位）以及价带顶结构（离域化的金属s轨道电子形成导带底，因此电子有效质量低，电子迁移率高）等都是n型（即电子导电）半导体，而仅有少量氧化物如氧化亚锡（SnO）、氧化镍、氧化铜、氧化亚铜、掺杂氧化锌等可实现p型导电（即空穴导电）。P型SnO于2008年被首次实验报导，SnO因Sn空位缺陷形成能低，可提供较高的空穴载流子浓度，其电子结构独特，价带顶由离域化的Sn 5s轨道与O 2p轨道杂化构成，因此空穴有效质量低，迁移率高，再结合材料本身良好稳定性及抗辐射性等优点，SnO被认为是最具应用潜力的p型氧化物半导体。此外，SnO是一种间接带隙半导体，其间接带隙宽度仅有0.7 eV，这使基于其的薄膜晶体管（Thin film transistor，TFT）在沟道层带隙态密度较低的情况下，通过栅压可调控调控费米能级在SnO带隙中的位置，容易实现双极性导电（即同一沟道经栅压调控，即可实现空穴导电，也可实现电子导电）。

长期以来，由于高性能p型与双极性氧化物半导体的匮乏，使得氧化物半导体无法在可柔性的低功耗互补逻辑电路中发挥其应有的潜力，而高性能p型与双极性SnO的实现，则打破了这一瓶颈，为氧化物半导体在低功耗互补电子电路中的应用扫除了障碍，基于氧化物半导体的柔性透明互补电路在接下来的几十年将大有发展。采用双极性氧化物半导体制备互补逻辑电路，一种材料即可实现n型导电调控，也可实现p型导电调控，不仅解决了不同半导体材料的工艺兼容性的问题，也大大简化了制备工艺、降低了工艺成本，因此具有很好的应用前景。目前，制备双极性SnO半导体的方法尚不成熟，本专利则发明了一种可靠的制备双极性SnO的方法。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可靠的双极性SnO薄膜晶体管及其制备方法。

本发明的可靠的双极性SnO薄膜晶体管，包括衬底、栅极、绝缘层、半导体层、源极和漏极，半导体层与绝缘层相接触，源极和漏极与半导体层相接触；其特征在于：所述半导体层为氧化亚锡SnO半导体层，SnO半导体层的外表面上设置有氧化铝Al₂O₃材料形成的覆盖层，Al₂O₃覆盖层的厚度大于或等于4nm。

本发明的可靠的双极性SnO薄膜晶体管，在衬底采用导电材料的情况下，衬底可同时作为栅极；在衬底采用非导电材料的情况下，应在衬底上制作导电层作为栅极。

本发明的可靠的双极性SnO薄膜晶体管，所述绝缘层采用诸如二氧化硅SiO₂、氧化铝Al₂O₃、二氧化铪HfO₂、二氧化钛TioO₂或氮化硅SiN的绝缘材料。