CN109742149A - 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用 - Google Patents

一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109742149A
CN109742149A CN201811533635.2A CN201811533635A CN109742149A CN 109742149 A CN109742149 A CN 109742149A CN 201811533635 A CN201811533635 A CN 201811533635A CN 109742149 A CN109742149 A CN 109742149A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
preparation
silicon
active layer
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811533635.2A
Other languages
English (en)
Inventor
宁洪龙
刘贤哲
姚日晖
袁炜健
张旭
张啸尘
邱斌
黎群杰
梁宏富
彭俊彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201811533635.2A priority Critical patent/CN109742149A/zh
Publication of CN109742149A publication Critical patent/CN109742149A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

本发明属于薄膜晶体管技术领域，公开了一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用。本发明采用低成本的非晶硅掺杂氧化锡半导体材料作为有源层材料，通过改变氧分压，制备双有源层结构，调控器件沟道中的载流子，获得良好的器件性能，因此可应用于液晶显示和有机发光二极管显示中。本发明制备双有源层的靶材是同一块靶材，不需要开腔更换靶材，制备简单，有效地节约成本和提高生产效率。

Description

一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于薄膜晶体管技术领域，特别涉及一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用。
背景技术
薄膜晶体管被广泛地应用在液晶显示和有机发光二极管显示中，用来驱动液晶分子的排列，实现透光度变化和驱动有机发光二极管发光。
目前，平板显示技术发展迅速，大尺寸、高分辨、高刷新率显示器成为主流，提高薄膜晶体管的性能和降低生产成本至关重要。传统的非晶硅薄膜晶体管虽然制备成本低廉，但它的迁移率低和光偏压不稳定等制约其发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管。
本发明再一目的在于提供上述双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管在液晶显示和有机发光二极管显示的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射依次沉积制备两层图形化的有源层；
(4)将制备好的样品在热台上进行退火；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
步骤(1)中所述的栅极为Al、Cu、Mo中的一种，厚度为100～300nm；
步骤(2)中所述的栅极绝缘层为氧化铝、氧化硅、氮化硅中的至少一种，厚度为100～200nm；
步骤(3)中所述的通过射频磁控溅射依次沉积制备两层图形化的有源层中，沉积制备两层图形化的有源层的溅射功率和工作气压相同，第一层图形化有源层制备中所用氧分压高于第二层图形化有源层制备中所用氧分压。
优选的，步骤(3)中沉积第一层图形化的有源层的溅射功率为80～100W，工作气压为2～4mtorr，氩气/氧气流量比为100/10～100/12；步骤(3)中沉积第二层图形化的有源层的溅射功率为80～100W，工作气压为2～4mtorr，氩气/氧气流量比为100/0～100/2；
更优选的，步骤(3)中沉积第一层图形化的有源层的溅射功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/10；步骤(3)中沉积第二层图形化的有源层的溅射功率为80W，工作气压为2mtorr，即氩气/氧气流量比为100/0；
步骤(3)中所述的两层有源层的材料是由同一块靶材制备的，有源层的材料为硅掺杂氧化锡材料，其中硅掺杂含量为0～10wt％。
步骤(3)中所述的两层图形化的有源层的总厚度为6～20nm；
优选的，步骤(3)中所述的两层图形化的有源层中，第一层图形化的有源层的厚度为3～5nm，第二层图形化的有源层的厚度为2～10nm。
步骤(4)中所述的退火是指在150～300℃退火0.5～1h；
一种由上述方法制备得到的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管。
本发明采用非晶硅掺杂氧化锡半导体材料作为有源层材料，通过改变氧分压，制备双有源层结构，调控器件沟道中的载流子，获得良好的器件性能，因此可应用于液晶显示和有机发光二极管显示中。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明采用非晶硅掺杂氧化锡半导体材料作为有源层材料，通过改变氧分压，制备双有源层结构，调控器件沟道中的载流子，获得良好的器件性能；
本发明采用低成本半导体材料作为有源层材料；制备双有源层的靶材是同一块靶材，不需要开腔更换靶材，制备简单，有效地节约成本和提高生产效率。
附图说明
图1为实施例1中为双层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管的转移特性曲线。
图2为实施例2中为双层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管的转移特性曲线。
图3为本发明实施例的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管示意图。其中，11为玻璃衬底，12为栅极，13为栅极绝缘层，14为第一层氧化锡基有源层，15为第二层氧化锡基有源层和16为源/漏电极。
图4为实施例3中为双层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管的转移特性曲线。
图5为实施例4中为双层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管的转移特性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和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。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备厚度为300nm的Al薄膜作为栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长厚度为200nm的氧化铝薄膜作为栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/0)沉积厚度为10nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为有源层，溅射靶材为硅掺杂氧化锡靶材，硅含量为5wt％；
(4)将制备好的样品在250℃热台上进行退火0.5h；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
本实施例所制备的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的转移特性曲线如图1所示，其测试条件为源/漏电压VDS＝30.1V，栅极扫描电压VGS＝-30～30V。从图1中可以看出，其源漏电流大约为10-11A，没有半导体特性，说明在低氧分压制备的单层有源层器件，载流子少，源/漏电流低，无法获得半导体“开关”特性。
实施例2
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备厚度为300nm的Al薄膜作为栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长厚度为200nm的氧化铝薄膜作为栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/10)沉积厚度为10nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为有源层，溅射靶材为硅掺杂氧化锡靶材，硅含量为5wt％。；
(4)将制备好的样品在250℃热台上进行退火0.5h；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
本实施例所制备的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的转移特性曲线如图2所示，其测试条件为源/漏电压VDS＝30.1V，栅极扫描电压VGS＝-30～30V。从图2中可以看出，其具有开关特性曲线，饱和电流大约为10-4A，开启电压约为-20V，说明在高氧分压制备的单层有源层器件，能够获得较高的载流子浓度，但开启电压太负，需要很大的电压关断，能耗高。
实施例3：
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备厚度为300nm的Al薄膜作为栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长厚度为200nm的氧化铝薄膜作为栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/10)沉积厚度为5nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为第一层有源层，然后再利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/0)沉积厚度为5nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为第二层有源层，制备两层有源层的靶材是同一块靶材，靶材为硅掺杂氧化锡靶材，硅含量为5wt％；
(4)将制备好的样品在250℃热台上进行退火0.5h；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
本实施例所得双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的结构示意图如图3所示，由玻璃衬底11，栅极12，栅极绝缘层13，第一层氧化锡基有源层14，第二层氧化锡基有源层15和源/漏电极16构成(其层叠结构关系为常规薄膜晶体管结构)。
本实施例所制备的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的转移特性曲线如图4所示，其测试条件为源/漏电压VDS＝30.1V，栅极扫描电压VGS＝-30～30V。从图4中可以看出，其具有良好的开关特性曲线，开启电压约为-5V。
实施例4
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备厚度为300nm的Al薄膜作为栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长厚度为200nm的氧化铝薄膜作为栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/0)沉积厚度为5nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为第一层有源层，然后再利用掩膜法通过射频磁控溅射(功率为80W，工作气压为2mtorr，氩气/氧气流量比为100/10)沉积厚度为5nm的单层硅掺杂氧化锡薄膜作为第二层有源层，制备两层有源层的靶材是同一块靶材，靶材为硅掺杂氧化锡靶材，硅含量为5wt％；
(4)将制备好的样品在250℃热台上进行退火0.5h；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
本实施例所制备的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的转移特性曲线如图5所示，其测试条件为源/漏电压VDS＝30.1V，栅极扫描电压VGS＝-30～30V。从图5中可以看出，其开启电压负飘，曲线无法关断。
图4～5说明高氧分压制备的有源层在第一层时，可以获得较好的转移特性曲线，开启电压正飘，说明沟道内部氧空位减少，导致载流子浓度降低；而低氧分压制备的有源层在第一层时，器件无法关断，说明沟道内部载流子浓度过高，不能被栅压调控。
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，其他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)

1.一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)通过直流磁控溅射在玻璃基板上制备栅极，并图形化；
(2)在栅极上，通过阳极氧化技术生长栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上，利用掩膜法通过射频磁控溅射依次沉积制备两层图形化的有源层；
(4)将制备好的样品在热台上进行退火；
(5)利用掩膜法在有源层两侧直流磁控溅射沉积制备图形化的源/漏电极。
2.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的栅极为Al、Cu、Mo中的一种，厚度为100～300nm；
步骤(2)中所述的栅极绝缘层为氧化铝、氧化硅、氮化硅中的至少一种，厚度为100～200nm。
3.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的通过射频磁控溅射依次沉积制备两层图形化的有源层中，沉积制备两层图形化的有源层的溅射功率和工作气压相同，第一层图形化有源层制备中所用氧分压高于第二层图形化有源层制备中所用氧分压。
4.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的沉积制备第一层图形化的有源层的溅射功率为80～100W，工作气压为2～4mtorr，氩气/氧气流量比为100/10～100/12；
步骤(3)中所述的沉积制备第二层图形化的有源层的溅射功率为80～100W，工作气压为2～4mtorr，氩气/氧气流量比为100/0～100/2。
5.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的两层有源层的材料是由同一块靶材制备的，有源层的材料为硅掺杂氧化锡材料，其中硅掺杂含量为0～10wt％。
6.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的两层图形化的有源层的总厚度为6～20nm。
7.根据权利要求6所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的两层图形化的有源层中，第一层图形化的有源层的厚度为3～5nm，第二层图形化的有源层的厚度为2～10nm。
8.根据权利要求1所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的退火是指在150～300℃退火0.5～1h。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管。
10.根据权利要求9所述的双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管在液晶显示和有机发光二极管显示中的应用。
CN201811533635.2A 2018-12-14 2018-12-14 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用 Pending CN109742149A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811533635.2A CN109742149A (zh) 2018-12-14 2018-12-14 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811533635.2A CN109742149A (zh) 2018-12-14 2018-12-14 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109742149A true CN109742149A (zh) 2019-05-10

Family

ID=66359458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811533635.2A Pending CN109742149A (zh) 2018-12-14 2018-12-14 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109742149A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090127550A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Fujifilm Corporation Thin film field effect transistor and display using the same
CN102160184A (zh) * 2008-09-19 2011-08-17 株式会社半导体能源研究所 显示装置
CN102403363A (zh) * 2011-10-27 2012-04-04 华南理工大学 双层氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN106661714A (zh) * 2014-11-28 2017-05-10 瑞福龙株式会社 利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法
CN107170832A (zh) * 2017-06-14 2017-09-15 华南理工大学 一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN107731930A (zh) * 2017-10-12 2018-02-23 华南理工大学 一种氧化锡基半导体薄膜晶体管及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090127550A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Fujifilm Corporation Thin film field effect transistor and display using the same
CN102160184A (zh) * 2008-09-19 2011-08-17 株式会社半导体能源研究所 显示装置
CN102403363A (zh) * 2011-10-27 2012-04-04 华南理工大学 双层氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN106661714A (zh) * 2014-11-28 2017-05-10 瑞福龙株式会社 利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法
CN107170832A (zh) * 2017-06-14 2017-09-15 华南理工大学 一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN107731930A (zh) * 2017-10-12 2018-02-23 华南理工大学 一种氧化锡基半导体薄膜晶体管及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林振国: "氧化物薄膜晶体管及新型有源层材料的研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103943683B (zh) 一种铟锡锌氧化物同质薄膜晶体管及其制备方法
CN106098560B (zh) 顶栅型薄膜晶体管的制作方法
CN104992981B (zh) 氧化物薄膜晶体管及其制备方法和反相器及其制备方法
CN106531782A (zh) 一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN105552114A (zh) 一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法
CN101872787A (zh) 金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN101567390A (zh) 一种透明氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法
CN101599437B (zh) 薄膜晶体管的制备方法
CN102403363A (zh) 双层氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN102332404A (zh) 基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法
CN109585567A (zh) 高性能铟镓锌氧基双层结构薄膜晶体管及其制备方法
CN109742149A (zh) 一种双层硅掺杂氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法和应用
CN109887991A (zh) 一种叠层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管及其制备方法
CN110310894B (zh) 一种在低温环境中制备铟铝锌氧化物薄膜晶体管的方法
CN105304468B (zh) 一种n2处理的非晶igzo透明氧化物薄膜及其制备方法
CN111710609A (zh) 铟镓锌氧薄膜晶体管的掺杂方法
CN105355663B (zh) 一种氢钝化氧化锌基双沟道层薄膜晶体管及其制备方法
CN105185708B (zh) 一种h2处理的非晶igzo透明氧化物薄膜及其制备方法
CN104934444A (zh) 共平面型氧化物半导体tft基板结构及其制作方法
CN108346702A (zh) 薄膜晶体管及其有源层和应用
CN107731930A (zh) 一种氧化锡基半导体薄膜晶体管及其制备方法
CN207517697U (zh) 一种高性能薄膜晶体管
CN202373588U (zh) 一种全透明氧化物薄膜晶体管
CN107452810B (zh) 一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN207517700U (zh) 一种薄膜晶体管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190510

RJ01 Rejection of invention patent application after publication