CN108649074A - 一种azo透明栅极薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于显示器件领域，公开了一种AZO透明栅极薄膜晶体管及其制备方法。将基底清洗，烘干预处理后通过脉冲激光沉积制备AZO栅极；在AZO栅极上使用射频磁控溅射沉积制备Al2O3栅极绝缘层；在栅极绝缘层上使用脉冲直流磁控溅射沉积IGZO半导体层；使用射频磁控溅射在半导体层上沉积Al2O3半导体修饰层；在300～350℃的温度下，对器件进行热退火处理；使用直流溅射沉积Al源漏电极，得到AZO透明栅极薄膜晶体管。本发明通过激光脉冲沉积制备AZO栅极，在降低薄膜电阻率的同时且兼有优良的透明度，极大地提高了TFT的器件性能。
Description
技术领域
本发明属于显示器件领域，具体涉及一种AZO透明栅极薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
目前将透明薄膜材料应用于TFT器件的栅极中面临的主要困难是透明栅极材料的电阻率大，且作为透明栅极与栅极绝缘层之间的界面问题。
现已有解决上述问题的技术主要是使用ITO电极作为透明栅极，ITO电阻率低且与绝缘层的界面良好。([1]Yu W,Han D,Dong J,et al.AZO Thin Film TransistorPerformance Enhancement by Capping an Aluminum Layer[J].IEEE Transactions onElectron Devices,2017,64(5):2228-2232.[2]Rembert T,Battaglia C,Anders A,etal.Room Temperature Oxide Deposition Approach to Fully Transparent,All-OxideThin-Film Transistors[J].Advanced Materials,2015,27(40):6090)。
上述技术虽然能制备出低电阻率的透明栅极薄膜，但ITO含有稀有元素铟，价格贵且有毒，不利于环保。
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AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法。
本发明的另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AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将基底清洗，烘干预处理；
(2)在预处理后的基底上通过脉冲激光沉积制备AZO栅极；
(3)在AZO栅极上使用射频磁控溅射沉积制备Al2O3栅极绝缘层；
(4)在栅极绝缘层上使用脉冲直流磁控溅射沉积IGZO半导体层；
(5)使用射频磁控溅射在半导体层上沉积Al2O3半导体修饰层；
(6)在300～350℃的温度下，对器件进行热退火处理；
(7)使用直流溅射沉积Al源漏电极，得到AZO透明栅极薄膜晶体管。
进一步地，步骤(1)中所述清洗是指分别用去离子水和异丙醇超声清洗，所述的烘干是指在烘箱中80～85℃下烘干。
进一步地，步骤(2)中所述AZO栅极厚度为100nm～150nm。
进一步地，步骤(2)中所述脉冲激光沉积的工艺参数如下：施加电压为21.6Kv，激光能量为450mJ，激光频率为5HZ，施加脉冲数为2500，氧压为0mtorr。
进一步地，步骤(3)中所述Al2O3栅极绝缘层的厚度为300nm～350nm。
进一步地，步骤(3)中所述射频磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
进一步地，步骤(4)中所述IGZO半导体层的厚度为9.5nm～10nm。
进一步地，步骤(4)中所述脉冲直流磁控溅射的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs。
进一步地，步骤(5)中所述Al2O3半导体修饰层的厚度为3nm～3.5nm。
进一步地，步骤(5)中所述射频磁控溅射的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
进一步地，步骤(6)中所述热退火处理的时间为0.5h。
进一步地，步骤(7)中所述Al源漏电极的厚度为180nm～200nm。
进一步地，步骤(7)中所述直流溅射沉积工艺参数如下：溅射功率为100W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
一种AZO透明栅极薄膜晶体管，通过上述方法制备得到。
本发明的制备方法及所得到的薄膜晶体管具有如下优点及有益效果：
(1)本发明通过激光脉冲沉积制备AZO栅极，在降低薄膜电阻率的同时且兼有优良的透明度。
(2)本发明制备的TFT器件，其具有高性能，对器件进行半小时的300～350℃热退火处理能有效地改善各层薄膜的内部缺陷，且改善各层界面。
(3)本发明采用了单层AZO薄膜，简化工艺流程，实现室温制备高导电、高透明薄膜。并且AZO薄膜含有的元素为Al、Zn、O，这三种元素资源丰富，且都无毒无害，可以很好的响应当下提倡的绿色环保要求。
附图说明
图1为本发明实施例的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的层叠结构示意图。
图2为本发明实施例所得AZO栅极薄膜的透射光谱图。
图3和图4分别为本发明实施例所得AZO透明栅极薄膜晶体管的输出特性曲线图和转移特性曲线图。
图5和图6分别为本发明实施例所得AZO透明栅极薄膜晶体管的正偏压稳定性结果图和负偏压稳定性结果图。
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
本实施例的一种AZO透明栅极薄膜晶体管，其层叠结构示意图如图1所示。由依次层叠的玻璃基底01，AZO栅极02，Al2O3栅极绝缘层03，IGZO半导体层04，Al2O3半导体修饰层05和Al源漏电极06构成。该薄膜晶体管通过如下方法制备得到：
(1)将玻璃基底分别在去离子水和异丙醇中超声清洗10min左右，将清洗过的基底放入烘箱中，在80～85℃下烘干。
(2)在烘干后的基底上使用脉冲激光沉积100nm～150nm AZO源漏电极，其工艺参数如下：施加电压为21.6Kv，激光能量为450mJ，激光频率为5HZ，施加脉冲数为2500，氧压为0mtorr。
(3)在AZO源漏电极使用射频磁控溅射沉积制备300nm～350nm Al2O3栅极绝缘层，其沉积工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0
(4)在Al2O3栅极绝缘层使用脉冲直流磁控溅射沉积9.5nm～10nm IGZO半导体层，其沉积工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs。
(5)在IGZO半导体层使用射频磁控溅射沉积3nm～3.5nm Al2O3半导体修饰层，其沉积工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
(6)在300～350℃的温度下，对器件进行半小时的热退火处理。
(7)使用直流溅射沉积180nm～200nm Al源漏电极，其工艺参数如下：溅射功率为100W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0，得到AZO透明栅极薄膜晶体管。
本实施例所得AZO栅极薄膜的透射光谱图如图2所示，其在可见光区的平均透过率达到97％。且该栅极电阻率为1.6×10-3Ω·cm，表面粗糙度为0.9nm。
本实施例所得AZO透明栅极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3和图4所示。可以得出该TFT的饱和迁移率μsat为14.4cm2/Vs,开关比Ion/Ioff为4.48×106,开启电压Von为0.43V。
本实施例所得AZO透明栅极薄膜晶体管的正偏压稳定性结果图和负偏压稳定性结果图分别如图5和图6所示。该TFT器件在正偏压下测试一小时开启电压正漂1.27V，在负偏压下测试一小时开启电压负漂0.1V。
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 (9)
1.一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)将基底清洗，烘干预处理；
(2)在预处理后的基底上通过脉冲激光沉积制备AZO栅极；
(3)在AZO栅极上使用射频磁控溅射沉积制备Al2O3栅极绝缘层；
(4)在栅极绝缘层上使用脉冲直流磁控溅射沉积IGZO半导体层；
(5)使用射频磁控溅射在半导体层上沉积Al2O3半导体修饰层；
(6)在300～350℃的温度下，对器件进行热退火处理；
(7)使用直流溅射沉积Al源漏电极，得到AZO透明栅极薄膜晶体管。
2.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述清洗是指分别用去离子水和异丙醇超声清洗，所述的烘干是指在烘箱中80～85℃下烘干。
3.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述AZO栅极厚度为100nm～150nm；所述脉冲激光沉积的工艺参数如下：施加电压为21.6Kv，激光能量为450mJ，激光频率为5HZ，施加脉冲数为2500，氧压为0mtorr。
4.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述Al2O3栅极绝缘层的厚度为300nm～350nm；所述射频磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
5.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述IGZO半导体层的厚度为9.5nm～10nm；所述脉冲直流磁控溅射的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs。
6.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述Al2O3半导体修饰层的厚度为3nm～3.5nm；所述射频磁控溅射的工艺参数如下：溅射功率为120W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
7.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述热退火处理的时间为0.5h。
8.根据权利要求1所述的一种AZO透明栅极薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(7)中所述Al源漏电极的厚度为180nm～200nm；所述直流溅射沉积工艺参数如下：溅射功率为100W、溅射气压为1mtorr、氩气与氧气比例为100:0。
9.一种AZO透明栅极薄膜晶体管，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860057A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-07 | 合肥鑫晟光电科技有限公司 | 薄膜晶体管、阵列基板及其制作方法、显示装置 |
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