[发明专利]柔性衬底的薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于微电子器件领域，具体要求保护一种利用溶液法与异质结导电原理的低成本薄膜晶体管及其制备方法。该器件以柔性材料为基底，在上面设置有基于溶液法制备的栅极、绝缘层、异质结半导体层与源、漏电极。其中栅、源、漏三电极成份皆为由水溶液法制备的ITO材料，并且利用改变亲水性方法来将栅极图案化。绝缘层成份为水溶液法制备的Al₂O₃/ZrO2叠层，并且通过掺杂Li元素来提高介电常数，起到提高整个器件性能的作用。半导体层为ZnO/In2O3叠层，这种结构可以形成异质结，基于二维电子气原理来提高电子迁移率。整个制备工艺可在非真空大气条件下进行，并且温度不超过200度，生产成本较低，同时全器件为透明器件，可在光学领域中有重要应用。

技术领域

本发明电子技术领域，具体涉及一种电子器件，特别涉及一种基于柔性衬底与Li掺杂绝缘层的异质结薄膜晶体管。

背景技术

近些年来，包括有源矩阵液晶显示器(AMLCD)与有源矩阵有机发光二极体(AMOLED)的平板显示器(FPD)在提高分辨率、屏幕面积与降低功耗方面的需求与日俱增。薄膜晶体管(TFT)是FPD在生产应用中的关键器件。而比较高载流子迁移率、透明度、均匀性以及电稳定性使得金属氧化物被认为是可以取代传统非晶硅作为TFT中半导体的重要材料。传统半导体金属氧化物的制备工艺一般需要基于真空环境进行，并且需要较高的退火温度，这不利于电子器件的大规模、低成本的生产应用。溶液法于之相比，具有工艺简单、可在空气中低退火温度下进行的优点，因此可以应用于柔性衬底上制造柔性器件并且大幅降低生产成本。目前，利用比较热门的金属氧化物半导体材料如氧化铟(In2O3)与氧化锌(ZnO)等，已经可以通过溶液法制备出性能可比拟基于传统真空工艺成膜的薄膜晶体管。然而，由ZnO与InO自上而下制成的叠层的半导体层，可形成类似于传统高电子迁移率晶体管(HEMT)的异质结结构，在两层之间形成二维电子气，减少声子散射，从而大幅度提高薄膜晶体管的电子迁移率。除此之外，绝缘层也是影响薄膜晶体管电学性能的重要因素。比起传统的二氧化硅(SiO2)，溶液法制备的高介电常数材料，如Al2O3、ZrO2、HfO2、Y2O3等，具有低驱动电压、增加器件整体器件电子迁移率等优点。然而，在这些材料中，高的介电常数往往意味着窄的禁带宽度，比如：ZrO2的介电常数(>20)相较于Al2O3的介电常数(～9)要高，但是ZrO2的禁带宽度(5.8eV)相较于Al2O3的禁带宽度(8.7eV)就低了很多，而研究认为宽的禁带宽度可以有效减少器件的漏电。经实验发现，相较于单层的绝缘层，叠层的结构可以有效的在降低漏电的同时提高绝缘层整体的介电常数，从而提高电子迁移率。与此同时，碱金属，如Li+离子，的掺杂可以夹在相邻的绝缘层金属与氧原子之间形成一种类似于三明治的结构，这种结构也可以使得介电常数上升。

发明内容

本发明针对现有ZnO基薄膜晶体管技术的不足，提供了柔性衬底如PI、PET等的结合的柔性器件薄膜晶体管及其制备方法。

本发明的第一方面提供了一种柔性衬底的薄膜晶体管制备方法，所述薄膜晶体管包括柔性绝缘衬底，栅电极，绝缘层，半导体层，源电极和漏电极，其制备方法包括：

(1)在柔性绝缘衬底的上表面形成图案化栅电极；

(2)配制水为溶剂的绝缘层前驱体水溶液，然后用旋涂法在栅电极和柔性绝缘衬底上覆盖形成绝缘层；

(3)配制水为溶剂的半导体层前驱体水溶液，然后用旋涂法在绝缘层上形成半导体层；

(4)在半导体层上表面分别形成源电极和漏电极。

优选地，所述绝缘层包括ZrO₂层和Li掺杂Al₂O₃层，各层厚度均为60nm左右

优选地，所述半导体层包括In₂O₃层和ZnO层；各层厚度均为10nm左右