[发明专利]一种高k栅介质材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高k栅介质材料，其特征在于，所述高k栅介质材料包括硅衬底，所述衬底表面沉积有栅介质层；

所述栅介质层中含有金属钕和铪。

2.根据权利要求1所述的高k栅介质材料，其特征在于，所述栅介质层中，钕与铪的原子比为0.36～0.85:0.15～0.64；

优选地，所述栅介质层的化学组成具有如式I所示通式：

Nd_xHf_(1-x)ON 式I

其中，x＝0.36～0.85；

优选地，所述栅介质层的厚度为55.0～65.0纳米。

3.权利要求1或2所述的高k栅介质材料的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

1)在气氛条件下，在硅衬底表面共溅射金属钕和金属铪，得到高k氧化物材料；

2)对所述高k氧化物材料进行退火处理，得到所述高k栅介质材料。

4.根据权利要求3所述的高k栅介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)至少包括：

将所述硅衬底置于溅射腔内，在气氛条件下，对金属钕靶材和金属铪靶材分别施加不同的溅射源和功率进行共溅射，得到所述高k氧化物材料；

优选地，对所述金属钕靶材施加43～47的射频功率；

优选地，对所述金属铪施加10～30W的直流功率；

优选地，所述气氛条件为氩气和氧气的混合气氛；

所述混合气氛中氩气和氧气的比例关系Ar:O₂＝29.0～31.0：5.5～6.5sccm；

优选地，所述共溅射过程为：

在真空度低于5×10^-6托尔条件下，通入氩气，在靶材施加射频和直流进行点火起辉后，通入氩气和氧气进行反应I；然后通入氩气、氧气、氮进行射反应II；

进一步优选地，所述反应I中，通入的氩气和氧气用量为Ar:O₂＝29.0～31.0：5.5～6.5sccm，反应时间为50～60秒；

所述反应II具体为：通入Ar:O₂:N₂＝29.0～31.0：5.5～6.5：2.8～3.2的溅射反应气体预溅射20～30秒后，正式溅射2800～3200秒，然后停溅射900～1000秒，再预溅射20～30秒并正式溅射2800～3200秒；

优选地，在步骤2)中，所述退火处理条件为：在195～205℃，950～1050sccm氮气条件下退火19～21分钟；

优选地，所述方法还包括对硅衬底进行清洁处理；

所述清洁处理至少包括：

将硅衬底依次在氢氟酸、1号溶液、2号溶液、氢氟酸中清洗；

按照体积比，所述1号溶液的配比为29wt％氨水：30wt％双氧水：去离子水＝0.9～1.1：0.9～1.1：4.8～5.2；

按照体积比，所述2号溶液的配比为37wt％盐酸：30wt％双氧水：去离子水＝0.9～1.1：0.9～1.1：4.8～5.2；

所述氢氟酸的浓度为2wt％～8wt％；

进一步优选地，所述氢氟酸中的清洗时间为10～15秒；

进一步优选地，所述1号溶液和所述2号溶液中的清洗时间为10～15分钟。

5.一种有机晶体管，其特征在于，所述有机晶体管包括依次设置的介质层、半导体层和电极薄膜；

所述介质层选自权利要求1或2所述高k栅介质材料、权利要求3或4所述方法制备得到的高k栅介质材料中的至少一种；

所述半导体层位于栅介质层表面。

6.根据权利要求5所述的有机晶体管，其特征在于，所述半导体层为并五苯半导体薄膜层；

所述电极薄膜材料为金；

优选地，所述电极薄膜部分覆盖所述半导体层。

优选地，所述半导体层的厚度为50～55纳米。