[发明专利]一种高性能多元非晶金属氧化物薄膜晶体管的制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能多元非晶金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，多元非晶金属氧化物薄膜晶体管由下至上依次包括衬底、IAZO有源层、源电极和漏电极，源电极和漏电极生长在IAZO有源层上，包括：（1）清洗衬底；（2）使用射频磁控溅射法在衬底上生长所述IAZO有源层；（3）使用电子束蒸发，在IAZO有源层表面生长源电极和漏电极，即得。采用射频磁控溅射法的制备工艺，可以制备与靶材组分相近、致密、均一性良好的半导体薄膜材料，与现有的平板显示工艺相兼容，有利于IAZO TFT的低温制备。

技术领域

本发明涉及一种高性能多元非晶金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，属于半导体材料与器件技术领域。

背景技术

近年来，薄膜晶体管（TFT）作为下一代显示器的开关和驱动元件，已经成为人们的研究热点并得到广泛应用。目前，硅基TFT依然是市场的主角，然而，传统的非晶硅TFT迁移率低、稳定性差，多晶硅薄TFT成本高、均一性差、难以大面积生产，同时它们在可见光波段不透明，已经无法满足未来显示器件高像素、高响应、低功耗、柔性化和透明化的要求。金属氧化物薄膜晶体管因迁移率高、制备温度低、工艺简单、可柔性、透明等优点开始进入人们的视野。尤其是在2004年，Hosono研究小组首次在Nature上报道了室温下制备的以非晶IGZO为有源层的透明柔性TFT，器件的场效应迁移率达到了6-9 cm²/Vs，并且首次解释了非晶材料独特的导电机制[Nomura K., Ohta H., Takagi A., Kamiya T., Hirano M. andHosono H. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-filmtransistors using amorphous oxide semiconductors. Nature, 432(7016), 488,2004.]。非晶态的金属氧化物TFT在性能均匀性、重复性、稳定性上都优于结晶材料，因而成为近年来TFT 领域的研究热点。这些年来非晶的IGZO TFT已经被广泛研究，然而其有源层IGZO的带隙相对较窄（～3.0-3.5 eV），对紫外光照射敏感，其原材料中的In、Ga元素稀有且价格昂贵。此外，虽然近年来IGZO TFT的器件性能得到了很大的提高，但是其在偏压、光照和外界环境等作用下的稳定性仍有待提高。以上这些缺点极大地制约了该器件的广泛应用。因此，我们需要找到一种新型的非晶金属氧化物材料，来克服IGZO的上述弊端。

铟铝锌氧化物（IAZO）可以认为是In₂O₃、Al₂O₃和ZnO三种材料的合金。根据R.Hill关于半导体合金的带隙变化的研究，IAZO材料的带隙应该在In₂O₃和Al₂O₃的带隙之间随材料的组分变化，即带隙应该在～2.9-8.7 eV之间变化，远大于IGZO～2.9-4.9 eV的调制范围（Ga₂O₃带隙～4.9 eV）。因此，通过Al元素代替Ga元素，一方面可以提高材料带隙的宽度和调制范围，进而提高薄膜在紫外光照射下的性能稳定性。另一方面，还能够避免稀有金属元素Ga的使用，有利于降低器件的生产成本。而相对于Ga-O键，Al-O键更高的结合能也更有利于实现对载流子浓度的有效调控。因此，IAZO应该是一种很有希望和应用前景的薄膜晶体管材料。