CN108735821A - 一种镨铟锌氧化物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技术领域,公开了一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管及其制备方法。所述薄膜晶体管由基板、金属栅极、栅极绝缘层、Pr‑IZO半导体有源层、氧化物绝缘体钝化层和金属源漏电极构成。本发明通过在IZO半导体中引入Pr元素掺杂,通过室温溅射工艺沉积Pr‑IZO有源层薄膜,结合超薄Al2O3钝化层对电场下的载流子运输进行控制,在室温下实现高迁移率、高电流开关比的氧化物薄膜晶体管。

Description

一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管及其制备方法
技术领域
本发明属于显示器件技术领域,具体涉及一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
金属氧化物薄膜晶体管(简称MOS TFT)因其高的迁移率,良好的均匀性,对可见光良好的透过性和低温的制作过程在近年来被广泛研究,可以应用于LCD和AMOLED等显示驱动中。氧化物半导体是TFT中的一种重要有源层材料,其具有较高的载流子浓度,具备较强的电荷传输能力,可以有效驱动TFT器件。目前应用较为广泛的氧化物有源层材料为铟镓锌氧化物(IGZO),其器件迁移率一般为10cm2/Vs。通常,为了提高IGZO TFT的器件性能,需要300℃左右的后续高温处理,而这不利于将工艺转移到耐温特性较差的柔性基底上,难以进一步应用于柔性器件的制备中。
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镨铟锌氧化物薄膜晶体管。本发明薄膜晶体管以Pr掺杂IZO作为有源层,结合超薄Al2O3钝化层对电场下的载流子运输进行控制,实现了室温下制备薄膜晶体管,有利于实现器件柔性化,具有工艺简单、耗时短、节约能源的优点,体现了适用于柔性显示未来发展的潜力。
本发明的另一目的在于提供上述镨铟锌氧化物薄膜晶体管的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现:
一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,所述薄膜晶体管的有源层为镨铟锌氧化物(Pr-IZO)。
进一步地,所述镨铟锌氧化物薄膜晶体管由基板、金属栅极、栅极绝缘层、Pr-IZO半导体有源层、氧化物绝缘体钝化层和金属源漏电极构成。
进一步地,所述基板是指玻璃基板。
进一步地,所述金属栅极的材料为Al。
进一步地,所述Pr-IZO由Pr2O3、In2O3和ZnO成分构成,优选地,Pr2O3:In2O3:ZnO的质量百分含量比为3.9%:86.4%:9.7%。
进一步地,所述Pr-IZO半导体有源层的厚度为6nm。
进一步地,所述氧化物绝缘体钝化层为非晶型氧化铝(Al2O3);优选氧化物绝缘体钝化层的厚度为3nm。
进一步地,所述金属源漏电极的材料为Al。
上述镨铟锌氧化物薄膜晶体管的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)室温下通过直流溅射在基板上制备金属栅极;
(2)室温下通过阳极氧化法将一部分栅极氧化成栅极绝缘层;
(3)室温下通过射频溅射制备Pr-IZO半导体有源层;
(4)室温下通过射频溅射在Pr-IZO半导体有源层上表面制备氧化物绝缘体钝化层;
(5)室温下通过直流溅射制备金属源漏电极。
本发明的薄膜晶体管及制备方法具有如下优点及有益效果:
本发明的方法不需要热处理等额外工艺,只需通过在IZO半导体靶材中引入一定比例的Pr元素掺杂,通过室温溅射工艺沉积Pr-IZO有源层薄膜,结合超薄Al2O3钝化层对电场下的载流子运输进行控制,在室温下实现高迁移率、高电流开关比的氧化物薄膜晶体管,具有工艺简单、耗时短、节约能源的优点,体现了适用于柔性显示未来发展的潜力。
附图说明
图1为本发明实施例中所得镨铟锌氧化物薄膜晶体管的结构示意图。
图2为本发明实施例中所得镨铟锌氧化物薄膜晶体管的输出特性曲线图。
图3为本发明实施例中所得镨铟锌氧化物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
本实施例的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,通过如下方法制备得到:
(1)室温下通过直流溅射在玻璃基板上沉积300nm Al金属薄膜并用掩膜板图形化,作为栅极;
(2)室温下通过阳极氧化法将栅极中200nm的Al氧化成Al2O3作为栅极绝缘层;
(3)室温下通过射频溅射法制备Pr-IZO半导体有源层,所述镨铟锌氧化物中各材料成分比(Pr2O3:In2O3:ZnO wt.%)为3.9%:86.4%:9.7%。溅射总压强为3mtorr,溅射气氛为Ar/O2=100/5的混合气体,射频电源功率为80W,溅射时间为129s;得到所述的Pr-IZO半导体有源层的厚度约为6nm;
(4)室温下通过射频溅射在Pr-IZO半导体有源层上表面制备超薄Al2O3钝化层,溅射总压强为1mTorr,溅射气氛为纯Ar氛围,射频电源功率为120W,溅射时间130s;得到所述的Al2O3钝化层的厚度约为3nm;
(5)室温下通过直流溅射沉积200nm Al金属并用掩膜板图像化,作为源漏电极,其中沟道宽度为500μm,沟道长度为100μm。
本实施例所得镨铟锌氧化物薄膜晶体管的结构示意图如图1所示。其结构由玻璃基板01、Al金属栅极02、Al2O3栅极绝缘层03、Pr-IZO半导体有源层04、超薄Al2O3钝化层05和源漏电极06组成。
本实施例所得镨铟锌氧化物薄膜晶体管的输出特性曲线如图2所示,转移曲线如图3所示。根据图3结果计算的具体参数如表1所示。
表1根据图3结果计算的TFT电学性能参数
由以上结果可以看出,使用掺杂一定比例Pr元素的IZO作为有源层材料并结合超薄Al2O3钝化层对电场下载流子运输进行控制,可以优化器件在室温下的电学性能,实现室温制备的薄膜晶体管。
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 (10)

1.一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述薄膜晶体管的有源层为镨铟锌氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述薄膜晶体管由基板、金属栅极、栅极绝缘层、Pr-IZO半导体有源层、氧化物绝缘体钝化层和金属源漏电极构成。
3.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述基板是指玻璃基板。
4.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述金属栅极的材料为Al。
5.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述Pr-IZO由Pr2O3、In2O3和ZnO成分构成。
6.根据权利要求5所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:Pr2O3:In2O3:ZnO的质量百分含量比为3.9%:86.4%:9.7%。
7.根据权利要求6所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述Pr-IZO半导体有源层的厚度为6nm。
8.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述氧化物绝缘体钝化层为非晶型氧化铝;氧化物绝缘体钝化层的厚度为3nm。
9.根据权利要求1所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管,其特征在于:所述金属源漏电极的材料为Al。
10.权利要求1~9任一项所述的一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于包括如下制备步骤:
(1)室温下通过直流溅射在基板上制备金属栅极;
(2)室温下通过阳极氧化法将一部分栅极氧化成栅极绝缘层;
(3)室温下通过射频溅射制备Pr-IZO半导体有源层;
(4)室温下通过射频溅射在Pr-IZO半导体有源层上表面制备氧化物绝缘体钝化层;
(5)室温下通过直流溅射制备金属源漏电极。
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