CN108447790A - 一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜晶体管技术领域，公开了一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管及其制备方法。将Zr(NO3)4·5H2O溶于乙二醇单甲醚中，搅拌老化得到前驱体溶液；在ITO玻璃衬底上旋涂所得前驱体溶液，然后在200℃退火处理1～2h，得到氧化锆绝缘层薄膜；然后通过磁控溅射镀IGZO，在200℃下退火处理1h，得到有源层；在有源层上通过磁控溅射源/漏电极，得到基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管。本发明通过Zr(NO3)4·5H2O得到含硝酸基ZrO2绝缘层的前驱体溶液，从而降低溶液法制备氧化锆绝缘层薄膜所需的退火温度，结合溅射工艺得到的有源层，从而可以在较低温度下制备氧化物薄膜晶体管。
Description
技术领域
本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)作为AMLCD和AMOLED像素中的重要开关元器件，和存储电容一起，组成了显示器的驱动电路，从而实现平板显示器进行大容量、高清晰度和全彩的显示。薄膜晶体管(TFT)作为核心器件，直接决定了显示的质量。
近年来，金属氧化物薄膜晶体管因其优秀的性能而备受研究者关注。目前，大多数氧化物TFT制备多采用真空方法，获取的TFT电学性能表现优异，工艺也较为成熟。但真空法具有靶材利用率低、成分固定等缺点。且工艺成本过高，不适宜大规模的生产。相比而言，溶液法由于具备加工成本低、工艺简单、大面积生产方便等优点，在近几年引起了广泛的关注。然而，溶液法制备薄膜晶体管的过程中，常常需要高温后退火处理(>350℃)来去除湿膜中的有机杂质等。如此高的后处理温度将不利于薄膜晶体管与柔性衬底的结合，从而不利于实现柔性显示。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的薄膜晶体管。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)将Zr(NO3)4·5H2O(五水合硝酸锆)溶于乙二醇单甲醚(2-MOE)中，搅拌老化得到前驱体溶液；
(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层图形化的ITO底栅，清洗烘干，得到ITO玻璃衬底；
(3)在ITO玻璃衬底上旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，然后在200℃退火处理1～2h，得到氧化锆绝缘层薄膜；
(4)在氧化锆绝缘层薄膜上通过磁控溅射镀IGZO(铟镓锌氧化物)，然后在200℃下退火处理1h，得到有源层；
(5)在有源层上通过磁控溅射源/漏电极，得到基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管。
优选地，步骤(1)中所述前驱体溶液中Zr(NO3)4·5H2O的浓度为0.3～0.6mol/L。
优选地，步骤(2)中所述ITO底栅的厚度为150nm。
优选地，步骤(3)中所述旋涂的工艺条件为：转速4000～6000rpm，匀胶次数3～5次，匀胶时间30～40s，每次匀胶之间退火温度200℃，时间3～5min。
优选地，步骤(4)中所述有源层的厚度为10nm。
优选地，步骤(5)中所述源/漏电极材料为Al，源/漏电极厚度为100nm。
一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管，通过上述方法制备得到。
本发明的原理为：为了降低溶液法制备绝缘层薄膜所需的退火温度，选用Zr(NO3)4·5H2O(五水合硝酸锆)为溶质溶于乙二醇单甲醚中，从而得到含硝酸基的前驱体。由于去除硝酸基所需的温度较低，从而可以在较低温度下去除杂质，实现ZrO2薄膜的低温制备。在低温绝缘层薄膜的基础上，结合溅射所得的有源层，就可以实现薄膜晶体管的低温制备。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明通过Zr(NO3)4·5H2O得到含硝酸基ZrO2绝缘层的前驱体溶液，从而降低溶液法制备氧化锆绝缘层薄膜所需的退火温度，结合溅射工艺得到的有源层，从而可以在较低温度下制备氧化物薄膜晶体管。
附图说明
图1是实施例1制备的基于低温ZrO2绝缘层薄膜晶体管的结构示意图。图中编号说明如下：1-玻璃衬底，2-ITO底栅，3-氧化锆绝缘层，4-IGZO有源层，5-Al源/漏电极。
图2是实施例1所得基于低温ZrO2绝缘层薄膜晶体管的输出特性曲线图。
图3是实施例1所得基于低温ZrO2绝缘层薄膜晶体管的转移特性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)前驱体配制：将2.576g Zr(NO3)4·5H2O(五水合硝酸锆)溶于10ml乙二醇单甲醚(2-MOE)中，搅拌老化得到0.6mol/L的前驱体溶液。
(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层150nm的ITO底栅，清洗烘干，得到ITO玻璃衬底。
(3)在ITO玻璃衬底按所选工艺参数旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，旋涂转速6000rpm，匀胶时间40s，匀胶次数3次，每次匀胶之间退火温度200℃，时间4min，然后在200℃退火处理1h，得到氧化锆绝缘层薄膜。
(4)在绝缘层上通过磁控溅射镀IGZO(铟镓锌氧化物)(厚度为10nm)，然后在200℃下退火处理1h，得到有源层。
(5)最后在铟镓锌氧化物的有源层上通过磁控溅射Al源/漏电极(厚度为100nm)，得到基于低温ZrO2绝缘层的薄膜晶体管。
本实施例制备的基于低温ZrO2绝缘层薄膜晶体管的结构示意图如图1所示。所得基于低温ZrO2绝缘层薄膜晶体管的输出特性曲线图和转移特性曲线图分别如图2和图3所示。测试结果表明本实施例200℃下退火制备基于ZrO2绝缘层的薄膜晶体管具有较好的电学特性，计算得迁移率为5.2cm2V-1s-1，开关比为2.02×104。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
(1)将Zr(NO3)4·5H2O溶于乙二醇单甲醚中，搅拌老化得到前驱体溶液；
(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层图形化的ITO底栅，清洗烘干，得到ITO玻璃衬底；
(3)在ITO玻璃衬底上旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，然后在200℃退火处理1～2h，得到氧化锆绝缘层薄膜；
(4)在氧化锆绝缘层薄膜上通过磁控溅射镀IGZO，然后在200℃下退火处理1h，得到有源层；
(5)在有源层上通过磁控溅射源/漏电极，得到基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管。
2.根据权利要求1所述的一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述前驱体溶液中Zr(NO3)4·5H2O的浓度为0.3～0.6mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述ITO底栅的厚度为150nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述旋涂的工艺条件为：转速4000～6000rpm，匀胶次数3～5次，匀胶时间30～40s，每次匀胶之间退火温度200℃，时间3～5min。
5.根据权利要求1所述的一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述有源层的厚度为10nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述源/漏电极材料为Al，源/漏电极厚度为100nm。
7.一种基于低温氧化锆绝缘层的薄膜晶体管，其特征在于：通过权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180824 |
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