CN105118854B - 金属氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管、制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管、制备方法及装置,属于平板显示领域。所述金属氧化物半导体薄膜的成分为金属氧化物;所述金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;所述第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;所述第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;所述第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者。本发明能够提高薄膜晶体管的迁移率。
Description
技术领域
本发明涉及平板显示领域,特别涉及一种金属氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管、制备方法及装置。
背景技术
近年来,在平板显示领域,尤其是在有机电致发光显示(OLED)领域,薄膜晶体管(TFT,Thin Film Transistor)受到广泛应用。
目前薄膜晶体管由栅极、绝缘层、有源层、源极、漏极等部件组成,其中,制作有源层的主要材料为硅材料,例如,可以为非晶硅等硅材料。
在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
由于硅材料存在迁移率低等缺点,导致制作出来的薄膜晶体管也存在迁移率低的缺点。
发明内容
为了提高薄膜晶体管的迁移率,本发明提供了一种金属氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管、制备方法及装置。所述技术方案如下:
一种金属氧化物半导体薄膜,所述金属氧化物半导体薄膜的成分为金属氧化物;
所述金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;
所述第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;
所述第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;
所述第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者。
所述金属氧化物的化学表达式为MxA1-xBOδ,其中0.001≤x≤0.5,δ>0,M为第一金属元素、A为第二金属元素,B为第三金属元素。
所述金属氧化物半导体薄膜具有由多种结晶相组成的混合相。
所述多种结晶相中包括钙钛矿相。
除所述钙钛矿相以外的结晶相至少包括所述第一金属元素的氧化物、所述第二金属元素的氧化物和所述第三金属元素的氧化物中的至少一者。
除所述钙钛矿相以外的结晶相还包括非钙钛矿结构的三元或四元金属氧化物。
所述钙钛矿相的晶胞属于立方晶系;
所述第一金属元素位于所述晶胞的部分顶点位置,所述第二金属元素位于所述晶胞的体心位置,氧元素位于所述晶胞的面心位置,所述第三金属元素位于所述晶胞中除所述部分顶点位置以外的顶点位置。
所述金属氧化物半导体薄膜在预设质量浓度的盐酸下的刻蚀速率小于10nm/min,其中,预设质量浓度大于或等于3%且小于或等于10%。
所述金属氧化物半导体薄膜中的晶粒大小介于2至300nm之间。
所述薄膜的厚度介于10至200nm。
一种制备金属氧化物半导体薄膜的方法,所述方法包括:
将金属氧化物材料制备成靶材,其中金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;所述第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;所述第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者;所述第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;
对所述靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜。
所述将金属氧化物材料制备成靶材之前,还包括:
将包括所述第一金属元素的第一氧化物粉末、包括所述第二金属元素的碳酸物粉末和包括所述第三金属元素的第二氧化物粉末按预设比例混合均匀得到混合物;
在第一预设温度下对所述混合物进行烧结处理得到包括所述第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素的金属氧化物。
所述将金属氧化物材料制备成靶材,包括:
将所述金属氧化物研磨成粉末,将所述粉末压片成材料片;
对所述材料片进行机械加工制得靶材。
所述第一氧化物粉末、所述碳酸物粉末和所述第二氧化物粉末之间的比例为(x/2):(1-x):1,0.001≤x≤0.5。
所述对所述靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜之后,还包括:
对所述金属氧化物半导体薄膜进行后退火操作,且后退火操作的温度介于200度至300度。
所述预设处理操作为物理气相沉积的操作。
一种薄膜晶体管,所述薄膜晶体管的有源层材料为所述金属氧化物半导体薄膜。
所述有源层的厚度介于10nm至200nm。
一种制备薄膜晶体管的方法,所述方法包括:
采用上述制备金属氧化物半导体薄膜的方法制备得到金属氧化物半导体薄膜;
对所述金属氧化物半导体薄膜进行图形化处理得到薄膜晶体管的有源层。
一种阵列基板,所述阵列基板包括所述薄膜晶体管。
一种显示设备,所述显示设备包括所述阵列基板。
在本发明实施例中,由于薄膜晶体管的有源层的成分为包括第一金属元素、第二金属元素、第三金属元素的金属氧化物,由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使薄膜晶体管具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种钙钛矿相的晶胞结构示意图;
图2-1是本发明实施例2提供的第一种制备金属氧化物半导体薄膜的方法流程图;
图2-2是本发明实施例2提供的第二种制备金属氧化物半导体薄膜的方法流程图;
图3是本发明实施例3提供的一种薄膜晶体管结构示意图;
图4是本发明实施例4提供的一种制备薄膜晶体管的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种金属氧化物半导体薄膜,该金属氧化物半导体薄膜可以用于制作薄膜晶体管的有源层等。
该金属氧化物半导体薄膜的成分为金属氧化物;
该金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;
第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;
第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;
第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者。
由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使金属氧化物半导体薄膜具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点;另外,这些金属元素易于形成结晶相,所以制备金属氧化物半导体薄膜的工艺简单,减少制备难度,且这三种金属元素中不包含价格昂贵的贵金属镓元素,都为普通的金属元素,所以降低制备金属氧化物半导体薄膜的成本。
可选的,该金属氧化物的化学表达式为MxA1-xBOδ,其中0.001≤x≤0.5,δ>0,M为第一金属元素,A为第二金属元素、B为第三金属元素。
其中,化学表达式为MxA1-xBOδ的金属氧化物可以由三种物质制备得到,该三种物质分别为包括第一金属元素的第一氧化物,包括第二金属元素的碳酸物和包括第三金属元素的第二氧化物,且第一氧化物、碳酸物和第二氧化物三者之间的配比可以为预设比例。
其中,预设比例可以为摩尔百分比,例如摩尔百分比可以为(x/2):(1-x):1,即第一氧化物、碳酸物和第二氧化物三者之间的配比为(x/2):(1-x):1。
这种配比制备的金属氧化物半导体薄膜更容易形成多种结晶相,更容易形成钙钛矿相的结晶相。
可选的,包括第一金属元素的第一氧化物的化学表达式可以为M2O3,包括第二金属元素的碳酸物的化学表达式可以为ACO3,包括第三金属元素的第二氧化物的化学表达式可以为BO2。
在制备金属氧化物半导体薄膜时,可以将按预设比例将第一氧化物粉末、碳酸物粉末和第二氧化物粉末混合均匀成混合物;然后在预设温度下对该混合物进行高温烧结处理形成化学表达式为MxA1-xBOδ的金属氧化物。该预设温度可以为介于900至1650度。
其中,需要说明的是:在高温烧结处理的过程中碳酸物ACO3中的碳元素C会形成二氧化碳等气体挥发,所以形成化学表达式为MxA1-xBOδ的金属氧化物不含碳元素C。
形成的化学表达式为MxA1-xBOδ的金属氧化物为一种金属氧化物,而该一种金属氧化物的化学结构稳定性较高,所以可以提高金属氧化物半导体薄膜的稳定性。化学表达式为MxA1-xBOδ的金属氧化物可以为氧化镧锶锡LaxSr1-xSnOδ和氧化铟钡钛InxBa1-xTiOδ等。
可选的,该金属氧化物半导体薄膜具有由多种结晶相组成的混合相。多种结晶相可以减小金属氧化物半导体薄膜内的晶粒的大小,提高金属氧化物半导体薄膜的均匀性,降低过剩载流子浓度,对金属氧化物半导体薄膜的结构起到支撑作用。
可选的,该多种结晶相中包括钙钛矿相。其中,钙钛矿相可以对金属氧化物半导体薄膜的结构起到支撑作用,另外,钙钛矿相是一种薄膜相,在金属氧化物薄膜制备过程中容易形成,因此降低制备金属氧化物半导体薄膜的难度。
可选的,除钙钛矿相以外的结晶相至少包括第一金属元素的氧化物、第二金属元素的氧化物和第三金属元素的氧化物中的至少一者。其中,除钙钛矿相以外的其他结晶相可以减小金属氧化物半导体薄膜内的晶粒的大小,提高金属氧化物半导体薄膜的均匀性,达到降低过剩载流子浓度的效果。
进一步地,除钙钛矿相以外的其他结晶相中还可以包括非钙钛矿结构的三元或四元金属氧化物。但不包括晶界杂相。
参见图1,该钙钛矿相的晶胞属于立方晶系;
在钙钛矿相的晶胞结构中,第一金属元素M位于晶胞的部分顶点位置,第二金属元素A位于晶胞的体心位置,氧元素O位于晶胞的面心位置,第三金属元素B位于晶胞中除该部分顶点位置以外的顶点位置。
钙钛矿结构的立方体晶胞,如图1所示,此时A处于晶胞的顶点,B处于晶胞的体心,氧处于晶胞的面心,M取代部分A的位置(所以在图1中未画出第一金属元素M,而在图1中存在部分顶位置的黑圆圈实为第一金属元素M)。因为M是三价的,A是二价的,所以M取代A后会有富余的电子出现,形成n掺杂,故M的掺杂量可以调控材料的载流子浓度和迁移率。另一方面,钙钛矿结构容易形成金属离子轨道交叠,形成电子通道。故,钙钛矿结构的金属氧化物半导体薄膜也具有较高的电子迁移率。
立方晶系的钙钛矿相可以增加材料的稳定性,可以简化制备金属氧化物半导体薄膜的工艺。
可选的,该金属氧化物半导体薄膜在预设质量浓度的盐酸下的刻蚀速率小于10nm/min。其中,预设质量浓度大于或等于3%且小于或等于10%,例如为4%、5%、6%、7%、8%或9%等。
可选的,该金属氧化物半导体薄膜中的晶粒大小介于2至300nm之间。其中,晶粒大小介于2至300nm之间的金属氧化物半导体薄膜的均匀性较高,即提高了金属氧化物半导体薄膜的均匀性。
可选的,该金属氧化物半导体薄膜的厚度介于10至200nm。其中,厚度介于10至200nm的金属氧化物半导体薄膜制备的有源层稳定性较高。
在本发明实施例中,由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使金属氧化物半导体薄膜具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点;另外,这些金属元素易于形成结晶相,所以制备金属氧化物半导体薄膜的工艺简单,减少制备难度,且这三种金属元素中不包含价格昂贵的贵金属镓元素,都为普通的金属元素,所以降低制备金属氧化物半导体薄膜的成本。
实施例2
参见图2-1,本发明实施例提供了一种制备金属氧化物半导体薄膜的方法,包括:
步骤101:将金属氧化物材料制备成靶材,其中金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者。
步骤102:对该靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜。
在本发明实施例中,采用金属氧化物制备金属氧化物半导体薄膜,由于该金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者;金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使金属氧化物半导体薄膜具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点;另外,这些金属元素易于形成结晶相,所以制备金属氧化物半导体薄膜的工艺简单,减少制备难度,且这三种金属元素中不包含价格昂贵的贵金属镓元素,都为普通的金属元素,所以降低制备金属氧化物半导体薄膜的成本。
参见图2-2,对于图2-1的过程,可以具体为:
步骤201:将包括第一金属元素的第一氧化物粉末、包括第二金属元素的碳酸物粉末和包括第三金属元素的第二氧化物粉末按预设比例混合均匀得到混合物。
其中,预设比例可以为摩尔百分比,例如摩尔百分比可以为(x/2):(1-x):1,所以第一氧化物粉末、碳酸物粉末和第二氧化物粉末之间的比例为(x/2):(1-x):1,0.001≤x≤0.5。
可选的,包括第一金属元素的第一氧化物的化学表达式可以为M2O3,包括第二金属元素的碳酸物的化学表达式可以为ACO3,包括第三金属元素的第三氧化物的化学表达式可以为BO2,其中M为第一金属元素、A为第二金属元素,B为第三金属元素。
例如,第一氧化物、碳酸物和第二氧化物可以分别为氧化镧La2O3、碳酸锶SrCO3和氧化锡SnO2。相应地,将La2O3、SrCO3和SnO2粉末按照(x/2):(1-x):1的比例混合均匀得到混合物。
再如,第一氧化物、碳酸物和第二氧化物可以分别为氧化铟In2O3、碳酸钡BaCO3和氧化钛TiO2。相应地,将In2O3、BaCO3和TiO2粉末按照(x/2):(1-x):1的比例混合均匀得到混合物。
步骤202:在第一预设温度下对该混合物进行烧结处理得到包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素的金属氧化物。
其中,第一预设温度介于900至1650度。在高温烧结处理的过程中碳酸物ACO3中的碳元素C会形成二氧化碳等气体挥发,所以得到的金属氧化物的化学表达式为MxA1-xBOδ,且该金属氧化物不含碳元素C。在高温下得到的金属氧化物为块状的烧结块。
例如,在900至1650度的温度下,对由La2O3、SrCO3和SnO2粉末组成的混合物进行高温烧结处理得到块状的InxBa1-xTiOδ烧结块。再如,在900至1650度的温度下,对由In2O3、BaCO3和TiO2粉末组成的混合物进行高温烧结处理得到块状的InxBa1-xTiOδ烧结块。其中,第一预设温度视x含量而定,x含量越高,烧结温度越高。
步骤203:将金属氧化物材料制备成靶材。
具体地,将金属氧化物的烧结块研磨成粉末,将研磨的粉末压片成材料片,在第二预设温度下,对该材料片进行烧结,对经过烧结处理的材料片进行机械加工制得靶材。
其中,第二预设温度可以为1000至1800度。对材料片进行烧结处理可以提高材料片的硬度,便于机械加工。
步骤204:对该靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜。
具体地,在预设的沉积温度下,对靶材采用物理气相沉积的操作制备成金属氧化物半导体薄膜。
步骤205:对金属氧化物半导体薄膜进行后退火操作,且后退火操作的温度介于200度至300度。
对金属氧化物半导体薄膜进行后退火操作,有利于改善金属氧化物半导体薄膜特性。
接下来举两个具体实例来说明上述过程,第一实例以制备LaxSr1-xSnOδ氧化物半导体薄膜为例,先将La2O3、SrCO3和SnO2粉末按照(x/2):(1-x):1的比例混合均匀,然后在900~1450℃的温度下烧结;再研磨成细粉,压片成型后,在1000~1800℃的温度下烧结制得靶材。将所制备的靶材安装在溅射仪上,通过溅射的方法制备薄膜,溅射衬底温度为500℃,后退火温度为300℃,厚度为40nm。所制备的薄膜经检测具有钙钛矿晶相以及SnO2的晶相,其中钙钛矿晶相Sr占据晶胞的顶点位置,Sn占据晶胞的体心位置,La取代部分Sr的位置;晶粒大小约为2~80nm。薄膜的带隙为3.5~4.2eV之间。当x为0.001、0.1和0.5时,金属氧化物半导体薄膜在预设质量浓度的盐酸下的刻蚀速率分别2、3和8nm/min,其中,预设质量浓度大于或等于3%且小于或等于10%,用于制备的有源层的薄膜晶体管的场效应迁移率为1.6、12.8和0.3cm2/Vs。
第二实例以制备InxBa1-xTiOδ氧化物半导体薄膜为例,先将In2O3、BaCO3、和TiO2粉末按照(x/2):(1-x):1的比例混合均匀,然后在900~1450℃的温度下烧结;再研磨成细粉,压片成型后,在1000~1800℃的温度下烧结制得靶材。将所制备的靶材安装在溅射仪上,通过溅射的方法制备薄膜,溅射衬底温度为200℃,后退火温度为450℃。所制备的薄膜经检测具有钙钛矿晶相结构、BaO晶相以及SnO2的晶相,其中钙钛矿晶相Ba占据晶胞的顶点位置,Ti占据晶胞的体心位置,In取代部分Ba的位置。晶粒大小约为40~200nm。薄膜的带隙为3.6~4.2eV之间。当x为0.001、0.1和0.5时,有源层在预设质量浓度的盐酸下的刻蚀速率分别1、2和10nm/min,对应的薄膜晶体管的场效应迁移率为0.6、18和12cm2/Vs。可以看出,InxBa1-xTiOδ材料制备而成的有源层具有较高的迁移率,最高迁移率为18cm2V-1s-1,高于IGZO的迁移率。
在本发明实施例中,制备金属氧化物半导体薄膜的金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素、由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,使得制备的金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使金属氧化物半导体薄膜具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点;另外,这些金属元素易于形成结晶相,所以制备氧化物半导体薄膜的工艺简单,减少制备难度,且这三种金属元素中不包含价格昂贵的贵金属镓元素,都为普通的金属元素,所以降低制备金属氧化物半导体薄膜的成本。
实施例3
本发明实施例提供了一种薄膜晶体管,该膜晶体管的有源层材料为实施例1或2中的任一种金属氧化物半导体薄膜。其中,该有源层的厚度介于10nm至200nm。
如图3所示,该薄膜晶体管可以为背沟道刻蚀结构,设置有衬底a01、栅极a02、绝缘层a03、有源层a04、源漏电极a05、钝化层a06。
栅极a02位于衬底a01之上,绝缘层a02位于衬底和栅极之上,有源层a02覆盖在绝缘层的上表面并与栅极对应,源极和漏极相互间隔并分别与有源层a04的两端电极相连,钝化层a06覆设于有源层a04、源极和漏极的裸露面的上表面。
衬底a01可以为玻璃衬底、金属衬底,也可以为聚合物衬底。衬底具有缓冲层和水氧阻隔层。当衬底a01为金属衬底时衬底a01具体为金属箔,当衬底a01为聚合物衬底时,衬底a01可以为PEN、PET或者PI。
作为栅极a02的金属化导电层可以为铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、银(Ag)、金(Au)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)单质或者合金,也可以为ITO(Indium Tin Oxides,纳米铟锡)等其它导电薄膜。
金属导电层可以为单层金属薄膜,或由单层Al、Cu、Mo、Ti、Ag、Au、Ta、Cr或铝合金中任意两层以上组成的多层薄膜;金属导电层的厚度为100nm至2000nm。
作为栅极绝缘层a03的绝缘薄膜为基于SiO2、Si3N4、Al2O3、Ta2O5或Y2O3等绝缘薄膜的单层薄膜,或是多种绝缘材料组成的多层薄膜,绝缘层的厚度为50nm~500nm。
有源层a04为具有钙钛矿相和至少一种其它结晶相的无机金属氧化物半导体薄膜。有源层成分的化学表达式为MxA1-xBOδ,其中0.001≤x≤0.5,δ>0,A是Ca、Sr或Ba中的至少一种,B是Ti或Sn中的一种,M是Sc、Y、稀土元素、Al或In中的至少一种,晶粒的大小介于2~300nm之间,厚度为10nm~200nm,在5%浓度的盐酸下的刻蚀速率小于10nm/min。
作为源漏电极a05的导电薄膜层为Al、Cu、Mo或者Ti单质薄膜层,或以上述金属单质作为主体的合金材料构成的薄膜层。
导电薄膜层的厚度通常为100nm~2000nm。
钝化层a06的绝缘薄膜为SiO2、Si3N4、Al2O3、Y2O3、聚酰亚胺、光刻胶、苯丙环丁烯或聚甲基丙烯酸甲酯薄膜,或是以上绝缘材料组成的多层薄膜,厚度为50nm~2000nm。
在本发明实施例中,由于薄膜晶体管的有源层的成分为包括第一金属元素、第二金属元素、第三金属元素的金属氧化物,由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使薄膜晶体管具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点。
实施例4
本发明实施例提供了一种制备薄膜晶体管的方法,包括:
首先,采用实施例2提供的方法制备得到金属氧化物半导体薄膜;
然后,对该金属氧化物半导体薄膜进行图形化处理得到薄膜晶体管的有源层。
在本发明实施例中,制备的薄膜晶体管可以为顶栅结构或底栅结构,接下来以制备底栅结构的薄膜晶体管为例进行说明,而制备顶栅结构的薄膜晶体管与制备底栅结构的薄膜晶体管的过程大体相同,在此不再详细说明。
参见图4,制备底栅结构的薄膜晶体管,可以为:
步骤401:在基板上图形化栅极;
步骤402:在该栅极上,采用图形化方式对金属氧化物半导体薄膜进行处理得到有源层;
步骤403:在该有源层上图形化源极和漏极。
进一步地,还可以在有源层、源极和漏极的裸露表面覆设钝化层。
参见图3,制备的薄膜晶体管可以为背沟道刻蚀结构,设置有衬底a01、栅极a02、绝缘层a03、有源层a04、源漏电极a05、钝化层a06,补底a01即为基板。
其中,栅极a02是通过溅射、真空蒸发或溶液处理的方法在基板上制备导电薄膜,并通过遮挡掩膜或光刻的方法图形化制备而成。
绝缘层a03是通过阳极氧化法、热氧化法、物理气相沉积法或化学气相沉积法制备相应的薄膜,并通过遮挡掩膜或光刻法图形化制备而成。
有源层a04是一种具有钙钛矿结构的金属氧化物半导体薄膜,可以通过如工艺制备而成,包括第一至第三的步骤:
第一步为靶材制备步骤,具体为:以摩尔百分比计将M2O3、ACO3、和BO2粉末按照(x/2):(1-x):1的比例混合均匀,然后在900~1650℃的温度下烧结;烧结后再研磨成细粉,压片成型后,再以1000~1800℃的温度烧结,经机械加工后制得靶材。
第二叔为薄膜沉积步骤,具体为:以所制备的靶材,采用物理气相沉积的方法制备金属氧化物半导体薄膜,沉积温度为200℃~500℃;物理气相沉积包括溅射、脉冲激光沉积以及原子层沉积等。
第三步为后退火步骤,具体为:对所制备的金属氧化物半导体薄膜进一步在300℃~500℃的温度下后退火。
第四步:在绝缘层a03上对后退火的金属氧化物半导体薄膜通过遮挡掩膜法或光刻法图形化有缘层a04。
其中,源极和漏极是采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层导电层,并采湿法刻蚀的方法图形化同时制备源漏电极a05。而钝化层a06可通过PECVD法沉积而成。
在本发明实施例中,制备的薄膜晶体管的有源层的成分为包括第一金属元素、第二金属元素、第三金属元素的金属氧化物,由于第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者,第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者,第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者,金属氧化物半导体薄膜中包括这些金属元素,可以使薄膜晶体管具有电子迁移率高、带隙宽、器件的性能均匀性好、电流开关比高、光稳定性好、亚阈值摆幅低和抗酸能力强等特点。
实施例5
本发明实施例提供了一种阵列基板,该阵列基板包括薄膜晶体管,该薄膜晶体管可以为上述实施例3和4所述的薄膜晶体管。
实施例6
本发明实施例提供了一种显示设备,该显示设备包括如实施例5所述的阵列基板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述金属氧化物半导体薄膜的成分为金属氧化物;
所述金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;
所述第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;
所述第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;
所述第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者;
所述金属氧化物半导体薄膜具有由多种结晶相组成的混合相。
2.如权利要求1所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述金属氧化物的化学表达式为MxA1-xBOδ,其中0.001≤x≤0.5,δ>0,M为第一金属元素、A为第二金属元素,B为第三金属元素。
3.如权利要求1所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述多种结晶相中包括钙钛矿相。
4.如权利要求3所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,除所述钙钛矿相以外的结晶相至少包括所述第一金属元素的氧化物、所述第二金属元素的氧化物和所述第三金属元素的氧化物中的至少一者。
5.如权利要求3或4所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,除所述钙钛矿相以外的结晶相还包括非钙钛矿结构的三元或四元金属氧化物。
6.如权利要求3所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述钙钛矿相的晶胞属于立方晶系;
所述第一金属元素位于所述晶胞的部分顶点位置,所述第二金属元素位于所述晶胞的体心位置,氧元素位于所述晶胞的面心位置,所述第三金属元素位于所述晶胞中除所述部分顶点位置以外的顶点位置。
7.如权利要求1至4、6任一项权利要求所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述金属氧化物半导体薄膜在预设质量浓度的盐酸下的刻蚀速率小于10nm/min,其中,预设质量浓度大于或等于3%且小于或等于10%。
8.如权利要求1至4、6任一项权利要求所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述金属氧化物半导体薄膜中的晶粒大小介于2至300nm之间。
9.如权利要求1至4、6任一项权利要求所述的金属氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述薄膜的厚度介于10至200nm。
10.一种制备金属氧化物半导体薄膜的方法,其特征在于,所述方法包括:
将金属氧化物材料制备成靶材,其中金属氧化物包括第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素;所述第二金属元素为钙元素、锶元素和钡元素中的至少一者;所述第三金属元素为钛元素和锡元素中的至少一者;所述第一金属元素为钪元素、钇元素、稀土元素、铝元素和铟元素中的至少一者;
对所述靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜,其中所述金属氧化物半导体薄膜具有由多种结晶相组成的混合相。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述将金属氧化物材料制备成靶材之前,还包括:
将包括所述第一金属元素的第一氧化物粉末、包括所述第二金属元素的碳酸物粉末和包括所述第三金属元素的第二氧化物粉末按预设比例混合均匀得到混合物;
在第一预设温度下对所述混合物进行烧结处理得到包括所述第一金属元素、第二金属元素和第三金属元素的金属氧化物。
12.如权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述将金属氧化物材料制备成靶材,包括:
将所述金属氧化物研磨成粉末,将所述粉末压片成材料片;
对所述材料片进行机械加工制得靶材。
13.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述第一氧化物粉末、所述碳酸物粉末和所述第二氧化物粉末之间的比例为(x/2):(1-x):1,0.001≤x≤0.5。
14.如权利要求10、11或13任一项权利要求所述的方法,其特征在于,所述对所述靶材通过预设处理操作进行处理,得到金属氧化物半导体薄膜之后,还包括:
对所述金属氧化物半导体薄膜进行后退火操作,且后退火操作的温度介于200度至300度。
15.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述预设处理操作为物理气相沉积。
16.一种薄膜晶体管,其特征在于,所述薄膜晶体管的有源层材料为如权利要求1至9任一项权利要求所述的金属氧化物半导体薄膜。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管,其特征在于,所述有源层的厚度介于10nm至200nm。
18.一种制备薄膜晶体管的方法,其特征在于,所述方法包括:
采用如权利要求10至15任一项权利要求所述的方法制备得到金属氧化物半导体薄膜;
对所述金属氧化物半导体薄膜进行图形化处理得到薄膜晶体管的有源层。
19.一种阵列基板,其特征在于,所述阵列基板包括如权利要求16或17所述的薄膜晶体管。
20.一种显示设备,其特征在于,所述显示设备包括如权利要求19所述的阵列基板。
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