CN107946189B - 一种薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜晶体管的制备方法，包括选定一衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成底部栅极、栅极绝缘层和源漏极；其中，所述底部栅极和所述源漏极均采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；待有源层制备完成后，并在有源层上方形成钝化层。实施本发明，能够通过调控导电金属与有源层的接触面功函数，减小接触电阻，改善碳基薄膜晶体管器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
目前使用的非晶硅薄膜晶体管、IGZO（indium gallium zinc oxide，铟镓锌氧化物）薄膜晶体管等皆对光敏感，因光照下电学性能会发生漂移和改变，这样就需要在制备过程中以不透光的金属层遮挡有源层来减少光照的影响，使得显示器件开口率大大降低。
鉴于碳纳米管和石墨烯等碳材料中碳原子结构均呈现为碳原子以sp2杂化成六角环形排列的片层结构，因此具有优异的电学性能、力学性能和化学稳定性，可以应用于高频器件，提高器件的频率响应范围，也可代替传统硅基半导体器件，制备成高迁移率、可透明、可柔性卷曲的薄膜晶体管。与传统的硅基半导体和其他III-V 族系列半导体相比，碳纳米管和石墨烯等碳材料因高迁移率、高光学透过性、长时间电学稳定性以及良好的机械弯折特性等优点，使得在柔性透明薄膜晶体管的应用上有着明显的优势。
然而，在制备薄膜晶体管时，碳纳米管和石墨烯等碳材料受到制备方法、分散溶剂、半导体纯度高低和成膜方式等因素影响，使得由碳纳米管和石墨烯等碳材料所形成的有源层的功函数在4.2eV~5.2eV之间波动。众所周知，有源层与导电金属功函数匹配降低接触电阻形成欧姆接触是晶体管器件性能优良的保证，但是由碳纳米管和石墨烯等碳材料形成的有源层与金属电极之间的接触不是完美的欧姆接触，例如采用金属钛Ti、金属钯Pd、金属金Au和金属铂Pt等导电金属与碳纳米管接触，它们的功函数与碳纳米管接近，即便金属铂Pt与碳纳米管的接触电阻最小，但势垒仍然存在。因此，采用同样功函数可调的导电金属氧化物（功函数在4.0eV~6.1eV之间）进行功函数匹配具有重要的意义。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种薄膜晶体管及其制备方法，能够通过调控导电金属与有源层的接触面功函数，减小接触电阻，改善碳基薄膜晶体管器件性能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种薄膜晶体管的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S11、选定一衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成底部栅极、栅极绝缘层和源漏极；其中，所述源漏极均采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S12、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S13、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方形成钝化层。
其中，所选衬底采用透明材料制作而成，且其对应上方形成有透明底部栅极、透明栅极绝缘层、透明源漏极、透明有源层和透明钝化层；其中，
所述透明材料包括石英、玻璃和透明塑料；
所述透明栅极绝缘层和所述透明钝化层均采用透明绝缘材料制作而成，所述透明绝缘材料包括二氧化硅、氧化石墨烯、氮化硅、三氧化二铝和有机透明绝缘材料；
所述透明底部栅极和所述透明源漏极均采用功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极，且所述透明导电金属氧化物包括氧化铟锡、氧化锌铝、氧化锡氟、氧化锌镓和氧化锌锡；
所述透明有源层采用碳材料制作而成，所述碳材料包括半导体碳纳米管、石墨烯和碳化硅。
其中，所述步骤S11具体包括：
当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第一阈值的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后采用等离子增强化学气相沉积法沉积出一层厚度值为第二阈值的二氧化硅作为透明栅极绝缘层；
待所选石英或玻璃制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第三阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出所述透明源漏极图案。
其中，所述步骤S12具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选石英或玻璃制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
将所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度下烘烤，得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层。
其中，所述步骤S11还进一步具体包括：
当选定一由透明塑料制作而成的衬底时，将所选透明塑料制作而成的衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；
在所选透明塑料制作而成的衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第四阈值的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后通过去光阻，使所述透明底部栅极图案化，再以原子力沉积技术沉积出一层厚度值为第五阈值的三氧化二铝作为透明栅极绝缘层，并通过紫外光刻与磷酸湿刻技术，使所述透明栅极绝缘层图案化；
待所选透明塑料制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第六阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的氧化铟锡去光阻制备出所述透明源漏极图案。
其中，所述步骤S12还进一步具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选透明塑料制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由石墨烯制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
把生长在铜箔上的石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯转印技术转移到所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上形成一层薄膜，再通过涂布光刻胶于所述石墨烯形成的薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述石墨烯形成的薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述石墨烯形成的薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，即得到由石墨烯制备出的透明有源层。
其中，所述步骤S13具体包括：
待所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层制备完成后，并在所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层上方，用化学气相沉积法覆盖上一定厚度值的二氧化硅作为透明钝化层。
其中，所述方法进一步包括：
在所述透明钝化层上方，采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第七阈值的氧化铟锡作为透明顶部栅极。
本发明实施例还提供了另一种薄膜晶体管的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S21、选定一衬底，并在所选衬底的上方形成源漏极；其中，所述源漏极采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S22、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S23、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方，依序由下往上分别形成钝化层和顶部栅极。
其中，所选衬底采用透明材料制作而成，且其对应上方形成有透明源漏极、透明有源层、透明钝化层和透明顶部栅极；其中，
所述透明材料包括石英、玻璃和透明塑料；
所述透明钝化层采用绝缘材料制作而成，所述绝缘材料包括二氧化硅、氧化石墨烯、氮化硅、三氧化二铝和有机透明绝缘材料；
所述透明源漏极和所述透明顶部栅极均采用功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极，且所述透明导电金属氧化物包括氧化铟锡、氧化锌铝、氧化锡氟、氧化锌镓和氧化锌锡；
所述透明有源层采用碳材料制作而成，所述碳材料包括半导体碳纳米管、石墨烯和碳化硅。
其中，所述步骤S21具体包括：
当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第八阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出所述透明源漏极图案。
其中，所述步骤S22具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选石英或玻璃制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
将所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度下烘烤，得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层。
其中，所述步骤S21还进一步具体包括：
当选定一由透明塑料制作而成的衬底时，将所选透明塑料制作而成的衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；
在所选透明塑料制作而成的衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第九阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的氧化铟锡去光阻制备出所述透明源漏极图案。
其中，所述步骤S22还进一步具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选透明塑料制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由石墨烯制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
把生长在铜箔上的石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯转印技术转移到所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上形成一层薄膜，再通过涂布光刻胶于所述石墨烯形成的薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述石墨烯形成的薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述石墨烯形成的薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，即得到由石墨烯制备出的透明有源层。
其中，所述步骤S23具体包括：
待所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层制备完成后，并在所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层上方，用化学气相沉积法覆盖上一定厚度值的二氧化硅作为透明钝化层；
在所述透明钝化层上方，采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第十阈值的氧化铟锡作为透明顶部栅极。
本发明实施例又提供了一种薄膜晶体管，采用前述的薄膜晶体管的制备方法制备而成。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过在现有非晶硅薄膜晶体管成熟的制程与工艺上，增加对金属氧化物导电层（即源漏极）的臭氧清洗和氧等离子体处理两个步骤，改善导电金属氧化物的表面功函数，使其与碳材料有源层形成良好的欧姆接触，从而改善碳基薄膜晶体管器件性能，且本发明即可适用于非透明碳基材料薄膜晶体管的制备上，也可以适用于全透明碳基材料薄膜晶体管的制备上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例一提供的一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的另一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的又一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图4为本发明实施例四提供的又一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图5为本发明实施例五提供的又一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图6为本发明实施例六提供的又一种薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图7为本发明实施例八提供的一种薄膜晶体管的局部剖视图；
图8为本发明实施例十提供的另一种薄膜晶体管的局部剖视图；
图9为本发明实施例十二提供的又一种薄膜晶体管的局部剖视图。
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作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例一中，提供的一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了非全透明底栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S101、选定一衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成底部栅极、栅极绝缘层和源漏极；其中，所述源漏极采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S102、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S103、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方形成钝化层。
具体过程为，在步骤S101中，所选衬底由非透明材料制作而成；栅极绝缘层由非透明的绝缘材料制作而成，并通过等离子增强化学气相沉积法、原子力沉积技术或其它技术的工艺制程；底部栅极采用导电金属氧化物或透明导电金属氧化物为金属导电极，并通过射频磁控溅射法工艺制程；而源漏极采用功函数可调的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物为金属导电极，并通过磁控溅射法工艺制程。
根据衬底材质不同，其上方制备出的底部栅极、栅极绝缘层和源漏极也有相应不同的制备方法，具体如下：
在一个实施例中，首先选定硅化物衬底，并在硅化物衬底上采用射频磁控溅射法沉积100nm的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为底部栅极；其次，采用等离子增强化学气相沉积法（以硅烷与氧气为原料气体）沉积400nm的非透明的绝缘材料作为栅极绝缘层；然后，采用磁控溅射法沉积100nm的功函数可调的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为源漏极。
在另一个实施例中，首先选定塑料衬底，将所选塑料衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；在所选塑料衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出200nm的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为底部栅极，然后通过去光阻，使底部栅极图案化，再以原子力沉积技术沉积出50nm的非透明的绝缘材料作为栅极绝缘层，并通过紫外光刻与磷酸湿刻技术，使栅极绝缘层图案化；然后，采用磁控溅射法沉积100nm的功函数可调的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为源漏极。
在步骤S102中，用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选衬底的源漏极，并用一定浓度（如浓度比值大于70%的高浓度）的氮气对冲洗后的源漏极吹干，且进一步对吹干后的源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在有源层成膜前，对臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击60秒。应当说明的是，臭氧清洗和氧气等离子体处理包括氧气等离子体浴和注入，氧等离子体处理能清洁源漏极的导电金属氧化物表面有机杂质的同时，使源漏极的导电金属氧化物表面终端氧成份增加，表面极化增强，从而调控导电金属氧化物表面功函数。
其中，该有源层采用碳材料制作而成，该碳材料包括半导体碳纳米管、石墨烯和碳化硅，具体制备有源层的方法如下：
（1）当采用半导体碳纳米管或碳化硅制备有源层时，将氧气等离子体轰击后的源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度（如150℃）下烘烤（可持续30分钟），得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的有源层（该有源层可根据工艺调整为透明或非透明均可）；
（2）当采用石墨烯制备有源层时，把生长在铜箔上的石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯转印技术转移到氧气等离子体轰击后的源漏极上形成一层薄膜，再通过涂布光刻胶于石墨烯形成的薄膜上方，并用氧离子刻蚀石墨烯形成的薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除石墨烯形成的薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，即得到由石墨烯制备出的有源层（该有源层可根据工艺调整为透明或非透明均可）。
在步骤S103中，在上述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的有源层上方，用化学气相沉积法覆盖上一定厚度值（如500nm）的二氧化硅作为钝化层。
如图2所示，为本发明实施例二中，提供的另一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了全透明底栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S201、选定一由透明材料制作而成的衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成透明底部栅极、透明栅极绝缘层和透明源漏极；其中，所述透明源漏极采用功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S202、冲洗及吹干所选衬底的透明源漏极，且待对所述吹干后的透明源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上方形成有由碳材料制备出的透明有源层；
步骤S203、待所述透明有源层制备完成后，并在所述透明有源层上方形成透明钝化层。
具体过程为，在步骤S201中，衬底的透明材料包括石英、玻璃和透明塑料；底部栅极也采用与透明源漏极相同功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极，且透明导电金属氧化物包括氧化铟锡、氧化锌铝、氧化锡氟、氧化锌镓和氧化锌锡；透明栅极绝缘层采用透明绝缘材料制作而成，且透明绝缘材料包括二氧化硅、氧化石墨烯、氮化硅、三氧化二铝和有机透明绝缘材料。
采用不同材质的衬底，其上依序由下往上形成的透明底部栅极、透明栅极绝缘层和透明源漏极相对应的具体制备方法也不同，具体如下：
在一个实施例中，当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第一阈值（如100nm）的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后采用等离子增强化学气相沉积法（以硅烷与氧气为原料气体）沉积出一层厚度值为第二阈值（如400nm）的二氧化硅作为透明栅极绝缘层；
待所选石英或玻璃制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第三阈值（如500nm）的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出透明源漏极图案。
在另一个实施例中，当选定一由透明塑料制作而成的衬底时，将所选透明塑料制作而成的衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；
在所选透明塑料制作而成的衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第四阈值（如200nm）的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后通过去光阻，使透明底部栅极图案化，再以原子力沉积技术沉积出一层厚度值为第五阈值（如50nm）的三氧化二铝作为透明栅极绝缘层，并通过紫外光刻与磷酸湿刻技术，使透明栅极绝缘层图案化；
待所选透明塑料制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第六阈值（如500nm）的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的氧化铟锡去光阻制备出透明源漏极图案。
在步骤S202中，用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选衬底的透明源漏极，并用一定浓度（如浓度比值大于70%的高浓度）的氮气对冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对吹干后的源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在透明有源层成膜前，对臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒。应当说明的是，臭氧清洗和氧气等离子体处理包括氧气等离子体浴和注入，氧等离子体处理能清洁透明源漏极的透明导电金属氧化物表面有机杂质的同时，使透明源漏极的透明导电金属氧化物表面终端氧成份增加，表面极化增强，从而调控透明导电金属氧化物表面功函数。
其中，该透明有源层采用碳材料制作而成，该碳材料包括半导体碳纳米管、石墨烯和碳化硅，具体制备有源层的方法如下：
（1）当采用半导体碳纳米管或碳化硅制备透明有源层时，将氧气等离子体轰击后的透明源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度（如150℃）下烘烤（可持续30分钟），得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层；
（2）当采用石墨烯制备透明有源层时，把生长在铜箔上的石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯转印技术转移到氧气等离子体轰击后的透明源漏极上形成一层薄膜，再通过涂布光刻胶于石墨烯形成的薄膜上方，并用氧离子刻蚀石墨烯形成的薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除石墨烯形成的薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，即得到由石墨烯制备出的透明有源层。
在步骤S203中，在上述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层上方，用化学气相沉积法覆盖上一定厚度值（如500nm）的二氧化硅作为透明钝化层；其中，透明钝化层也采用与透明绝缘栅极层相同的透明绝缘材料制作而成。
如图3所示，为本发明实施例三中，提供的又一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了非全透明双栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S301、选定一衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成底部栅极、栅极绝缘层和源漏极；其中，所述源漏极采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S302、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S303、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方，依序由下往上分别形成钝化层和顶部栅极。
相应于本发明实施例一中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法增加了顶部栅极的制备工艺，该顶部栅极的制备工艺与底部栅极制备工艺相同，如采用射频磁控溅射法沉积一层厚度值为100nm的氧化铟锡作为顶部栅极，而本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、底部栅极、栅极绝缘层、源漏极、有源层和钝化层的制备工艺与本发明实施例一中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、底部栅极、栅极绝缘层、源漏极、有源层和钝化层对应相同，因此具体衬底、底部栅极、栅极绝缘层、源漏极、有源层和钝化层的制备工艺请参见本发明实施例一中的相关内容，在此不再一一赘述。
如图4所示，为本发明实施例四中，提供的又一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了全透明双栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S401、选定一由透明材料制作而成的衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成透明底部栅极、透明栅极绝缘层和透明源漏极；所述透明源漏极采用功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S402、冲洗及吹干所选衬底的透明源漏极，且待对所述吹干后的透明源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上方形成有由碳材料制备出的透明有源层；
步骤S403、待所述透明有源层制备完成后，并在所述透明有源层上方，依序由下往上分别形成透明钝化层和透明顶部栅极。
其中，所述透明顶部栅极采用透明导电金属氧化物为金属导电极。
相应于本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法增加了透明顶部栅极的制备工艺，该透明顶部栅极的制备工艺与透明底部栅极制备工艺相同，如采用射频磁控溅射法沉积一层厚度值为第七阈值（如100nm）的氧化铟锡作为透明顶部栅极，而本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、透明底部栅极、透明栅极绝缘层、透明源漏极、透明有源层和透明钝化层的制备工艺与本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、透明底部栅极、透明栅极绝缘层、透明源漏极、透明有源层和透明钝化层对应相同，因此具体衬底、透明底部栅极、透明栅极绝缘层、透明源漏极、透明有源层和透明钝化层的制备工艺请参见本发明实施例二中的相关内容，在此不再一一赘述。
如图5所示，为本发明实施例五中，提供的又一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了非全透明顶栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S501、选定一衬底，并在所选衬底的上方形成源漏极；其中，所述源漏极均采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S502、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S503、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方，依序由下往上分别形成钝化层和顶部栅极。
相应于本发明实施例三中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例五中的薄膜晶体管的制备方法省略了底部栅极和绝缘栅极层的制备工艺，而本发明实施例五中的薄膜晶体管的制备方法中有源层、钝化层和顶部栅极的制备工艺与本发明实施例三中的薄膜晶体管的制备方法中有源层、钝化层和顶部栅极对应相同，因此具体有源层、钝化层和顶部栅极的制备工艺请参见本发明实施例三中的相关内容，在此不再一一赘述。
然而，对于步骤S501中，直接将源漏极制备于衬底上方，因衬底材质不同，其上方制备出的源漏极也有相应不同的制备方法，具体如下：
在一个实施例中，选定硅化物（如石英、玻璃）衬底，并在硅化物衬底上采用射频磁控溅射法沉积一定厚度值（如100nm）的功函数可调的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为漏源极即可。
在另一个实施例中，选定塑料衬底，将所选塑料衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；在所选塑料衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一定厚度值（如500nm）的功函数可调的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物作为源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的导电金属氧化物或透明导电金属氧化物去光阻制备出源漏极图案。
如图6所示，为本发明实施例六中，提供的又一种薄膜晶体管的制备方法，该方法示出了全透明顶栅结构碳基材料薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S601、选定一衬底，并在所选衬底的上方形成透明源漏极；其中，所述透明源漏极采用功函数可调的透明导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S602、冲洗及吹干所选衬底的透明源漏极，且待对所述吹干后的透明源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上方形成有由碳材料制备出的透明有源层；
步骤S603、待所述透明有源层制备完成后，并在所述透明有源层上方，依序由下往上分别形成透明钝化层和透明顶部栅极。
相应于本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例六中的薄膜晶体管的制备方法省略了透明底部栅极和透明绝缘栅极层的制备工艺，而本发明实施例六中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、透明源漏极、透明有源层、透明钝化层和透明顶部栅极的制备工艺与本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法中衬底、透明源漏极、透明有源层、透明钝化层和透明顶部栅极对应相同，因此具体衬底、透明源漏极、透明有源层、透明钝化层和透明顶部栅极的制备工艺请参见本发明实施例四中的相关内容，在此不再一一赘述。
然而，对于步骤S601中，直接将透明源漏极制备于衬底上方，因衬底材质不同，其上方制备出的透明源漏极也有相应不同的制备方法，具体如下：
在一个实施例中，当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第八阈值（如500nm）的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出所述透明源漏极图案。
在另一个实施例中，当选定一由透明塑料制作而成的衬底时，将所选透明塑料制作而成的衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；在所选透明塑料制作而成的衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第九阈值（如500nm）的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的氧化铟锡去光阻制备出所述透明源漏极图案。
可以理解的是，采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第十阈值（如500nm）的氧化铟锡作为透明顶部栅极。
相应于本发明实施例一中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例七提供了一种薄膜晶体管，采用本发明实施例一中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为非全透明底栅结构碳基材料薄膜晶体管。
如图7所示，相应于本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例八提供了另一种薄膜晶体管，采用本发明实施例二中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为全透明底栅结构碳基材料薄膜晶体管。图7中，11-衬底，12-透明底部栅极，13-透明栅极绝缘层，14-透明源漏极，15-透明有源层，16-透明钝化层。
相应于本发明实施例三中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例九提供了又一种薄膜晶体管，采用本发明实施例三中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为非全透明双栅结构碳基材料薄膜晶体管。
如图8所示，相应于本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例十提供了又一种薄膜晶体管，采用本发明实施例四中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为全透明双栅结构碳基材料薄膜晶体管。图8中，21-衬底，22-透明底部栅极，23-透明栅极绝缘层，24-透明源漏极，25-透明有源层，26-透明钝化层，27-透明顶部栅极。
相应于本发明实施例五中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例十一提供了又一种薄膜晶体管，采用本发明实施例五中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为非全透明顶栅结构碳基材料薄膜晶体管。
如图9所示，相应于本发明实施例六中的薄膜晶体管的制备方法，本发明实施例十二提供了又一种薄膜晶体管，采用本发明实施例六中的薄膜晶体管的制备方法制备而成，该薄膜晶体管为全透明顶栅结构碳基材料薄膜晶体管。图9中，31-衬底，34-透明源漏极，35-透明有源层，36-透明钝化层，37-透明顶部栅极。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过在现有非晶硅薄膜晶体管成熟的制程与工艺上，增加对金属氧化物导电层（即源漏极）的臭氧清洗和氧等离子体处理两个步骤，改善导电金属氧化物的表面功函数，使其与碳材料有源层形成良好的欧姆接触，从而改善碳基薄膜晶体管器件性能，且本发明即可适用于非透明碳基材料薄膜晶体管的制备上，也可以适用于全透明碳基材料薄膜晶体管的制备上。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S11、选定一衬底，并在所选衬底的上方，依序由下往上分别形成底部栅极、栅极绝缘层和源漏极；其中，所述源漏极采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S12、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S13、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方形成钝化层；
其中，所述步骤S11具体包括：
当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第一阈值的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后采用等离子增强化学气相沉积法沉积出一层厚度值为第二阈值的二氧化硅作为透明栅极绝缘层；
待所选石英或玻璃制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第三阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出所述透明源漏极图案；
其中，所述步骤S12具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选石英或玻璃制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
将所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度下烘烤，得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11还进一步具体包括：
当选定一由透明塑料制作而成的衬底时，将所选透明塑料制作而成的衬底放置于丙酮和异丙醇中超声清洗后以氮气吹干；
在所选透明塑料制作而成的衬底上方通过紫外光刻技术形成图案化光阻，并采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第四阈值的氧化铟锡作为透明底部栅极，然后通过去光阻，使所述透明底部栅极图案化，再以原子力沉积技术沉积出一层厚度值为第五阈值的三氧化二铝作为透明栅极绝缘层，并通过紫外光刻与磷酸湿刻技术，使所述透明栅极绝缘层图案化；
待所选透明塑料制作而成的衬底上方的透明栅极绝缘层制备完成后，用磁控溅射法沉积出一层厚度值为第六阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布上光阻并通过紫外光刻技术使所述涂布上的光阻图案化后，用磷酸湿刻掉暴露的氧化铟锡，进一步将未暴露的氧化铟锡去光阻制备出所述透明源漏极图案；
其中，所述步骤S12还进一步具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选透明塑料制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由石墨烯制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
把生长在铜箔上的石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯转印技术转移到所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极上形成一层薄膜，再通过涂布光刻胶于所述石墨烯形成的薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述石墨烯形成的薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述石墨烯形成的薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，即得到由石墨烯制备出的透明有源层。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：
待所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层制备完成后，并在所述由半导体碳纳米管、碳化硅、石墨烯之中其一制备出的透明有源层上方，用化学气相沉积法覆盖上一定厚度值的二氧化硅作为透明钝化层。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述透明钝化层上方，采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第七阈值的氧化铟锡作为透明顶部栅极。
5.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S21、选定一衬底，并在所选衬底的上方形成源漏极；其中，所述源漏极均采用功函数可调的导电金属氧化物为金属导电极；
步骤S22、冲洗及吹干所选衬底的源漏极，且待对所述吹干后的源漏极在预定光照条件下进行一定时间臭氧清洗后，对所述臭氧清洗后的源漏极以氧气等离子体轰击一段时间，并进一步在所述氧气等离子体轰击后的源漏极上方形成有由碳材料制备出的有源层；
步骤S23、待所述有源层制备完成后，并在所述有源层上方，依序由下往上分别形成钝化层和顶部栅极；
其中，所述步骤S21具体包括：
当选定一由石英或玻璃制作而成的衬底时，在所选石英或玻璃制作而成的衬底上方采用射频磁控溅射法沉积出一层厚度值为第八阈值的氧化铟锡作为透明源漏极，再通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻制备出所述透明源漏极图案；
其中，所述步骤S22具体包括：
用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗所选石英或玻璃制作而成的衬底的透明源漏极，并用一定浓度的氮气对所述冲洗后的透明源漏极吹干，且进一步对所述吹干后的透明源漏极在有紫外光的条件下进行60秒臭氧清洗，待在由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层成膜前，对所述臭氧清洗后的透明源漏极以氧气等离子体轰击60秒；
将所述氧气等离子体轰击后的透明源漏极浸泡至半导体碳纳米管溶液或碳化硅溶液中，使得其上方沉积有一层薄膜后，取出在一定温度下烘烤，得到碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜，再通过涂布光刻胶于所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜上方，并用氧离子刻蚀所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中除晶体管沟道部分之外的其余部分后，继续去除所述碳纳米管网络状薄膜或碳化硅网络状薄膜中晶体管沟道部分上方的光刻胶，制备出碳纳米管沟道或碳化硅沟道薄膜，即得到由半导体碳纳米管或碳化硅制备出的透明有源层。
6.一种薄膜晶体管，其特征在于，采用如权利要求1、2、5中任一项所述的薄膜晶体管的制备方法制备而成。
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