CN105244283B - 紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法及薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法及薄膜晶体管，氧化物薄膜的制备方法包括如下步骤，将氧化物前驱体溶液通过非真空法在基底上形成氧化物前驱体薄膜,用紫外光通过具有图形的掩膜板对氧化物前驱体薄膜进行曝光，氧化物前驱体薄膜受紫外光照射的部分化学性质发生变化，未照射部分化学性质不变,再经去离子水浸泡显影实现图形化；其中，前驱体溶液中所使用的溶剂为水且不含其它有机添加剂。氧化物薄膜呈半导体、绝缘体或者导体性质。本发明能实现氧化物薄膜的有效图形化，工艺简单，对膜层无污染，图形化过程能有效减少膜层中所含杂质，且能实现低温制备高质量氧化物或复合材料薄膜。所制备薄膜晶体管性能良好，工艺简单，适用范围广。

Description

紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法及薄膜晶体管
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种紫外微图形化的氧化物薄膜的方法及应用于制备薄膜晶体管。
背景技术
近年来，金属氧化物广泛应用于制备透明电极、太阳能电池、发光二极管、薄膜晶体管等电子器件。作为平板显示领域最重要的电子器件之一——薄膜晶体管，特别是金属氧化物薄膜晶体管，由于其较高的载流子迁移率(1-100cm2V-1s-1)、对可见光透明、均匀性好等优点，引起了广泛的关注和研究。
目前，基于IGZO氧化物半导体的薄膜晶体管已实现量产，但制备该半导体材料都是采用物理气相沉积等方法，设备昂贵，制备成本高，难以实现大面积制备。溶液加工法是一种可以大大降低生产成本，实现大面积制备金属氧化物薄膜晶体管的方法。
实现薄膜有效可控图形化是溶液加工氧化物薄膜无法回避的问题。目前，在溶液加工过程中可直接实现图形化的方法主要有丝网印刷和喷墨印刷。其中，丝网印刷由于不能精密定位，无法获得高分辨率的图案。对于喷墨印刷，则存在配置可稳定打印墨水困难、图形化的薄膜存在膜层不平整、膜中存在较多纳米孔洞等问题，所得到的薄膜电学性质也较差。
对于其他不能直接在溶液加工过程中实现图案化的加工方法，如旋凃、刮涂或者提拉法制备的薄膜，则需要额外的光刻步骤实现图案化。干法刻蚀和传统的湿法刻蚀是常见的图形化薄膜的方法，干法刻蚀需要昂贵的设备投资，且刻蚀速度较慢，不利于大面积刻蚀。传统湿法刻蚀需要旋凃光刻胶、经前烘、曝光、显影、坚膜等繁琐工艺过程，才能实现金属氧化物薄膜图案化。此外，光刻胶的残留或者对氧化物层的渗透还会造成图形化后薄膜性能的下降；对于抗酸碱能力强的薄膜，还存在刻蚀困难的问题。
现有技术中前驱体溶液的溶剂通常为乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂，有时添加乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢等其中一种或多种试剂作为添加剂，这样不但不环保、成本较高，而且容易造成薄膜的碳残留而影响薄膜的性能。
用于制备氧化物的金属卤化物前驱体虽然被广泛使用，但其分解温度较高(约为500℃)，限制了其在柔性衬底上的应用。此外，氧化物薄膜中没有分散石墨烯或者碳纳米管，难以实现电学性能的调控。
因此，针对现有技术不足，提供一种可以克服现有技术缺陷的紫外微图形化的金属氧化物薄膜的方法及应用该氧化物薄膜制备的薄膜晶体管甚为必要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种制备成本低、适用于大面积制造、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现：
提供一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤，
将氧化物前驱体溶液通过非真空法在基底上形成氧化物前驱体薄膜,用紫外光通过具有图形的掩膜板对氧化物前驱体薄膜进行曝光，氧化物前驱体薄膜受紫外光照射的部分化学性质发生变化，未照射部分化学性质不变,再经去离子水浸泡显影实现图形化；其中，前驱体溶液和去离子水中所使用的溶剂均为水且不含其它任何有机添加剂。
进一步的，上述氧化物薄膜呈半导体性质，用以作为薄膜晶体管的有源层；或者
所述氧化物薄膜呈绝缘体性质，用以作为薄膜晶体管的绝缘层；或者
所述氧化物薄膜呈导体性质，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极、漏极。
进一步的，上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，具体步骤如下，
(1)将氧化物前驱体溶液通过旋凃、刮涂、提拉或滴涂方式在基底上均匀成膜得到氧化物前驱体薄膜，涂覆次数为1-10次；
(2)将步骤(1)制备的氧化物前驱体薄膜在60-120℃条件下烘5-20min；
(3)在波长为180-400nm的紫外灯下使用金属或塑料材质的掩膜版对步骤(2)烘干后的氧化物前驱体薄膜进行曝光，曝光时间为1-20min，曝光功率为50-2000W,氧化物前驱体薄膜的温度范围为30-120℃；
(4)用去离子水将曝光后的氧化物前驱体薄膜进行显影，去离子水温度为20-80℃，显影时间为5-600s；
还包括(5)对经显影微图形化处理后的氧化物薄膜进行热处理得到热处理后的氧化物薄膜，热处理温度范围为180-600℃，退火方式为普通热退火、微波加热退火或者激光加热退火。
优选的，上述氧化物前驱体溶液为金属盐溶液。
上述的金属盐溶液具体为金属卤化物盐溶液。
另一优选的，上述的氧化物前驱体溶液为均匀分散有石墨烯或者碳纳米管的金属盐溶液。
上述的金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。
进一步的，石墨烯或者碳纳米管占所述前驱体溶液的质量分数介于0.01％至10％之间。
进一步的，上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：在显影图形化后还设置有等离子体处理工艺，等离子体处理工艺具体使用的是具有氧化性的气体，在气体流量为50-500sccm、功率为30-150W的条件下处理1-10min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的方法通过整体工艺选择控制，能够实现低成本、大面积制备，具有环保，可控性强特点。所采用的氧化物前驱体，能在成膜后经过简单的紫外掩膜曝光实现前驱体的水解、脱水交联固化，从而实现微图形化；使用去离子水实现显影，微图形化过程对目标氧化物膜层表面形貌没有影响，不存在污染膜层的情况。与传统湿法刻蚀工艺相比，降低了工艺复杂度和膜层微图形化成本。
(2)微图形化工艺适用范围广，选择适当氧化物所含金属元素的盐作为前驱体，均可实现膜层的微图形化。可以简单图形化传统湿法刻蚀中存在刻蚀困难的金属氧化物。
(3)紫外曝光过程能实现前驱体的部分水解和脱水，显影过程能去除膜层中未水解的金属盐，并能大大减少水解和氧化过程中产生的副产物，在图案化过程中就已大大降低了膜层中杂质的含量，从而能制备杂质含量少的氧化物或复合材料膜层，并能实现膜层的低温后退火，能与柔性衬底相兼容。
(4)前驱体溶液的溶剂为水，相比乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂、乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢不但环保、成本较低，而且不会有碳残留而影响薄膜的性能。
(5)所采用的金属盐溶液是分解温度较高的金属卤化物盐溶液，由于紫外图形化过程中已将金属卤化物转变为氢氧化物和少量的氧化物，并且卤素离子及未水解的金属卤化物盐大部分在显影过程中被除去，降低了形成氧化物的退火温度。
本发明的另一目的在于提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管采用上述紫外微图形化的金属氧化物薄膜构成其一个或者多个功能层，所制备的薄膜晶体管具有较高的迁移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现：
提供一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种设置为通过上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜；
当绝缘层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为绝缘体性质；
当有源层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为半导体性质；
当栅极、源极和漏极为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为导体性质。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例4的一个底栅顶接触结构的性薄膜晶体管的示意图；
图2是本发明实施例4的薄膜晶体管的输出特性曲线；
图3是本发明实施例4的薄膜晶体管的转移特性曲线；
图4是本发明实施例5的薄膜晶体管的输出特性曲线；
图5是本发明实施例5的薄膜晶体管的转移特性曲线；
在图1中，包括：
衬底100、栅极101、绝缘层102、
有源层103、源极104a、漏极104b。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例的范围。
实施例1。
一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤:
将氧化物前驱体溶液通过非真空法在基底上形成氧化物前驱体薄膜,用紫外光通过具有图形的掩膜板对氧化物前驱体薄膜进行曝光，氧化物前驱体薄膜受紫外光照射的部分化学性质发生变化，未照射部分化学性质不变,再经去离子水浸泡显影实现图形化；其中，前驱体溶液中所使用的溶剂为水且不含其它任何有机添加剂。
该方法根据不同的氧化物前驱体材料可以制备不同性质的氧化物薄膜。可以用于制备呈半导体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的有源层；也可以用于制备呈绝缘体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的绝缘层；亦可以用于制备呈导体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极、漏极。
如果是制备作为有源层的氧化物薄膜，氧化物前驱体溶液为金属盐溶液，金属盐溶液可选择金属卤化物盐溶液。
如果是制备作为栅极或者作为源、漏电极的氧化物薄膜，氧化物前驱体溶液为均匀分散有石墨烯或者碳纳米管的金属盐溶液，金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。
如果是制备作为绝缘层的氧化物薄膜，氧化物前驱体溶液为对应的金属盐溶液，金属盐溶液可选择金属卤化物盐溶液。
本发明的方法通过整体工艺选择控制，能够实现低成本、大面积制备，具有环保，可控性强特点。所采用的氧化物前驱体，能在成膜后经过简单的紫外掩膜曝光实现前驱体的水解、脱水交联固化，从而实现微图形化。该方法使用去离子水实现显影，微图形化过程对目标氧化物膜层表面形貌没有影响，不存在污染膜层的情况。与传统湿法刻蚀工艺相比，降低了工艺复杂度和膜层微图形化成本。
微图形化工艺适用范围广，选择适当氧化物所含金属元素的盐作为前驱体，均可实现膜层的微图形化。可以简单图形化传统湿法刻蚀中存在刻蚀困难的金属氧化物。
紫外曝光过程能实现前驱体的部分水解和脱水，显影过程能去除膜层中未水解的金属盐，并能大大减少水解和氧化过程中产生的副产物，在图案化过程中就已大大降低了膜层中杂质的含量，从而能制备杂质含量少的氧化物或复合材料膜层，并能实现膜层的低温后退火，能与柔性衬底相兼容。
由于前驱体溶液的溶剂为水，相比乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂、乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢不但环保、成本较低，而且不会有碳残留而影响薄膜的性能。
实施例2。
一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将氧化物前驱体溶液通过旋凃、刮涂、提拉或滴涂方式在基底上均匀成膜获得氧化物前驱体薄膜，涂覆次数为1-10次。
(2)将步骤(1)制备的氧化物前驱体薄膜在60-120℃条件下烘5-20min。
(3)在波长为180-400nm的紫外灯下使用金属或塑料材质的掩膜版对步骤(2)烘干后的氧化物前驱体薄膜进行曝光，曝光时间为1-20min，曝光功率为50-2000W,氧化物前驱体薄膜的温度范围为30-120℃。
(4)用去离子水将曝光后的氧化物前驱体薄膜进行显影，去离子水温度为20-80℃，显影时间为5-600s。
还包括(5)对经显影微图形化处理后的氧化物薄膜进行热处理得到目标氧化物薄膜，处理温度范围为180-600℃，退火方式为普通热退火、微波加热退火或者激光加热退火。
通过该制备方法制备半导体性质的氧化物薄膜或者绝缘性质的氧化物薄膜,厚度为5-250nm。
半导体性质的氧化物薄膜，载流子浓度小于5×1019cm-3，其成分可为(In2O3)x(ZnO)y(MO)z,其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且x+y+z＝1，其中M为金属元素。M可为Li、Mg、Al、Ga、Zr、Cd、Ti、Sn、La、Hf或Nd中的一种或任意两种以上的元素。制备该氧化物薄膜的氧化物前驱体中的溶质为氧化物中所含金属元素的氯化物盐、氯氧化物盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或多种,金属盐在溶液中的浓度为0.1-1.0M。
绝缘性质的氧化物薄膜，也称氧化物电介质薄膜，其成分可为MδO,其中0<δ≤1，其中M为金属元素，M为为Mg、Al、Sc、Ti、Y、Zr、Ta、La、Hf或Nd中的一种或任意两种以上的元素。氧化物电介质薄膜的电场击穿强度大于3MV/cm，相对介电常数大于3。
本发明紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，制备成本低、适用于大面积制造、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好，具有其薄膜的薄膜晶体管具有较高的迁移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
实施例3。
一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其它特征与实施例2相同，不同之处在于，还具有如下技术特征：制备的是导体特性的氧化物薄膜，其成分为(In2O3)x(SnO2)y,或者为(In2O3)x(SnO2)y与石墨烯,或者为(In2O3)x(SnO2)y与碳纳米管,或者为(Al2O3)x(ZnO)y,或者为(Al2O3)x(ZnO)y与石墨烯,或者为(Al2O3)x(ZnO)y与碳纳米管中的一种，其中0＜x≤1,0＜y≤1,且x+y＝1。导体特性的氧化物薄膜的电阻率小于5×10-3Ω·cm。
对应的氧化物前驱体溶液为均匀分散有石墨烯或者碳纳米管的金属盐溶液。金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。石墨烯或者碳纳米管占所述前驱体溶液的质量分数介于0.01％至10％之间。前驱体溶液中分散石墨烯或者碳纳米管，可以实现电学性能的调控。
该上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，在显影图形化后还设置有等离子体处理工艺，等离子体处理工艺具体使用的是具有氧化性的气体，在气体流量为50-500sccm、功率为30-150W的条件下处理1-10min。
本发明紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，制备成本低、适用于大面积制造、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好，具有其薄膜的薄膜晶体管具有较高的迁移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
实施例4。
一种具有上述实施例1至3中的氧化物薄膜的薄膜晶体管，采用底栅顶接触结构，如图1所示。设置有基板100，位于基板之上的栅极101，位于栅极之上的绝缘层102，覆盖在绝缘层102上表面并与栅极101对应的有源层103，相互间隔并与有源层103的两端电性相连的源极104a和漏极104b。
该薄膜晶体管的制备过程如下：
(1)栅极制备。通过磁控溅射的方法在普通玻璃上制备厚度为300nm的铝-钕合金薄膜，通过传统的湿法刻蚀工艺进行图形化，得到栅极。
(2)绝缘层制备。通过阳极氧化的方法在上述栅极表面形成200nm厚的钕掺杂三氧化二铝，用作绝缘层。
(3)微图形化有源层制备。
三氧化二铟前驱体制备：将0.1327g无水InCl3溶于2mL的去离子水中，用磁力搅拌子搅拌以溶解InCl3，并产生部分水解。
三氧化二铟前驱体薄膜制备：使用注射器取已发生水解的前驱体溶液，经0.45μm的滤头过滤后滴至固定在旋凃仪的钕掺杂三氧化二铝的表面，旋转成膜，转速为3000转/分钟，时间为40s。旋凃的膜在热台上以80℃的温度加热5min。
微图形化过程：在钕掺杂三氧化二铝上成膜后的三氧化二铟前驱体，用带有图形的掩膜遮盖，然后在紫外灯下照射12min，经照射后的薄膜从掩膜中取出并放入去离子水中浸泡20s，然后用氮气吹干，并放在热台上以280℃的条件加热1h。
(4)源、漏电极制备。使用金属掩膜在三氧化二铟有源层上热蒸发厚度为200nm的金属铝，源、漏电极间的沟道层长度为300μm，宽度为1000μm。
所制备的薄膜晶体管的迁移率为16.2cm2V-1s-1。输出特性曲线如图2所示，转移特性曲线如图3所示。可见，该薄膜晶体管具有较高的迁移率，较高的开关比，良好的透光率。
此外，该薄膜晶体管还具有制备工艺简单，成本低廉的特点，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
实施例5。
一种有源层和源/漏电极均微图形化的薄膜晶体管，其结构特征与实施例4相同。薄膜晶体管的制备过程如下：
(1)栅极制备。通过磁控溅射的方法在普通玻璃上制备厚度为300nm的铝-钕合金薄膜，通过传统的湿法刻蚀工艺进行图形化，得到栅极。
(2)绝缘层制备。通过阳极氧化的方法在上述栅极表面形成200nm厚的钕掺杂三氧化二铝，用作绝缘层。
(3)微图形化有源层。
三氧化二铟前驱体制备：将0.0663g的无水InCl3溶于2mL的乙二醇单甲醚中，用磁力搅拌子搅拌以溶解InCl3形成均匀透明溶液。
三氧化二铟前驱体薄膜制备：使用注射器取前驱体溶液，经0.22μm的滤头过滤后滴至固定在旋凃仪的钕掺杂三氧化二铝的表面，旋转成膜，转速为3000转/分钟，时间为40s。旋凃的膜在热台上以100℃的温度加热5min。
微图形化过程：在钕掺杂三氧化二铝上成膜后的三氧化二铟前驱体，用带有图形的掩膜遮盖，然后在紫外灯下照射10min，经照射后的薄膜从掩膜中取出放入50℃的乙二醇单甲醚中浸泡30s，接着放入去离子水中浸泡1min，然后用氮气吹干，并放在热台上以350℃的条件加热1h。
(4)微图形化源/漏电极。
铟锌氧前驱体制备：将0.1195g的无水InCl3和0.0135g的SnCl2·2H2O溶于2mL乙二醇单甲醚中，用磁力搅拌子搅拌形成均匀透明溶液。
铟锌氧前驱体薄膜制备：使用注射器取前驱体溶液，经0.22μm的滤头过滤后滴至固定在旋凃仪的三氧化二铟的表面，旋转成膜，转速为3000转/分钟，时间为40s。旋凃的膜在热台上以100℃的温度加热5min。
微图形化过程：在三氧化二铟上成膜后的铟锡氧前驱体，用带有图形的掩膜遮盖，然后在紫外灯下照射10min，经照射后的薄膜从掩膜中取出放入50℃的乙二醇单甲醚中浸泡30s，接着放入去离子水中浸泡1min，然后用氮气吹干，并放在热台上以350℃的条件加热1h。
所制备的薄膜晶体管的迁移率为3.8cm2V-1s-1。输出特性曲线如图4所示，转移特性曲线如图5所示。可见，该薄膜晶体管具有较高的迁移率，较高的开关比。
此外，该薄膜晶体管还具有制备工艺简单，成本低廉的特点，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
实施例6。
一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其它特征与实施例2相同，不同之处在于，还具有如下技术特征：制备的是绝缘体特性的氧化物薄膜，其成分为Al2O3。导体特性的氧化物薄膜的电阻率大于105Ω·cm。
对应的氧化物前驱体溶液为AlCl3溶液。金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。该上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，在显影图形化后还设置有等离子体处理工艺，等离子体处理工艺具体使用的是具有氧化性的气体，在气体流量为50-500sccm、功率为30-150W的条件下处理1-10min。
本发明紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，制备成本低、适用于大面积制造、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
将氧化物前驱体溶液通过非真空法在基底上形成氧化物前驱体薄膜,用紫外光通过具有图形的掩膜板对氧化物前驱体薄膜进行曝光，氧化物前驱体薄膜受紫外光照射的部分化学性质发生变化，未照射部分化学性质不变,再经去离子水浸泡显影实现图形化；其中，前驱体溶液中所使用的溶剂为水且不含任何有机添加剂。
2.根据权利要求1所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：
所述氧化物薄膜呈半导体性质，用以作为薄膜晶体管的有源层；或者
所述氧化物薄膜呈绝缘体性质，用以作为薄膜晶体管的绝缘层；或者
所述氧化物薄膜呈导体性质，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极或漏极。
3.根据权利要求1所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，
(1)将氧化物前驱体溶液通过旋凃、刮涂、提拉或滴涂方式在基底上均匀成膜得到氧化物前驱体薄膜，涂覆次数为1-10次；
(2)将步骤(1)制备的氧化物前驱体薄膜在60-120℃条件下烘5-20min；
(3)在波长为180-400nm的紫外灯下使用金属或塑料材质的掩膜版对步骤(2)烘干后的氧化物前驱体薄膜进行曝光，曝光时间为1-20min，曝光功率为50-2000W,氧化物前驱体薄膜的温度范围为30-120℃；
(4)用去离子水将曝光后的氧化物前驱体薄膜进行显影，去离子水温度为20-80℃，显影时间为5-600s；
还包括(5)对经显影微图形化处理后的氧化物薄膜进行热处理得到热处理后的氧化物薄膜，热处理温度范围为180-600℃，退火方式为普通热退火、微波加热退火或者激光加热退火。
4.根据权利要求1或2或3所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述氧化物前驱体溶液为金属盐溶液。
5.根据权利要求4所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，所述的金属盐溶液具体为金属卤化物盐溶液。
6.根据权利要求1或2或3所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的氧化物前驱体溶液为均匀分散有石墨烯或者碳纳米管的金属盐溶液。
7.根据权利要求6所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。
8.根据权利要求7所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：石墨烯或者碳纳米管占所述前驱体溶液的质量分数介于0.01％至10％之间。
9.根据权利要求8所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：在显影图形化后还设置有等离子体处理工艺，等离子体处理工艺具体使用的是具有氧化性的气体，在气体流量为50-500sccm、功率为30-150W的条件下处理1-10min。
10.一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，其特征在于：绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种设置为通过如权利要求1至9任意一项所述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜；
当绝缘层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为绝缘体性质；
当有源层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为半导体性质；
当栅极、源极和漏极为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为导体性质。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108695376B (zh) * 2017-04-11 2019-11-12 Tcl集团股份有限公司 一种薄膜晶体管及其制备方法
CN107978513B (zh) * 2017-11-30 2019-12-31 上海大学 一种湿法制备薄膜方法
CN108281490A (zh) * 2018-02-05 2018-07-13 南京大学 一种氧化物薄膜晶体管的制备方法及其制备装置
CN110970308B (zh) * 2018-09-30 2023-07-21 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 薄膜晶体管及其异质结有源层的制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101213671A (zh) * 2005-06-27 2008-07-02 3M创新有限公司 利用金属氧化物纳米粒子制备电子器件的方法
CN102237411A (zh) * 2010-05-05 2011-11-09 元太科技工业股份有限公司 氧化物薄膜晶体管及其制造方法
CN103338596A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 华南理工大学 一种不用光刻胶的全加成线路板制作方法
CN103608906A (zh) * 2011-06-14 2014-02-26 富士胶片株式会社 非晶质氧化物薄膜的制造方法及薄膜晶体管

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101213671A (zh) * 2005-06-27 2008-07-02 3M创新有限公司 利用金属氧化物纳米粒子制备电子器件的方法
CN102237411A (zh) * 2010-05-05 2011-11-09 元太科技工业股份有限公司 氧化物薄膜晶体管及其制造方法
CN103608906A (zh) * 2011-06-14 2014-02-26 富士胶片株式会社 非晶质氧化物薄膜的制造方法及薄膜晶体管
CN103338596A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 华南理工大学 一种不用光刻胶的全加成线路板制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Low-Temperature Metal-Oxide Thin-Film Transistors Formed by;You Seung Rim, Hyun Soo Lim, and Hyun Jae Kim;《APPLIED MATERIALS AND INTERFACES》;20130328;第5卷;1-7 *
低温溶液加工法制备氧化锌薄膜晶体管;兰林锋,宋威,史文,彭俊彪;《华南理工大学学报(自然科学版)》;20150331;第43卷(第3期);1-5 *

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