CN109742152A - 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents

一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109742152A
CN109742152A CN201811649070.4A CN201811649070A CN109742152A CN 109742152 A CN109742152 A CN 109742152A CN 201811649070 A CN201811649070 A CN 201811649070A CN 109742152 A CN109742152 A CN 109742152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
ersno
film transistor
sno
tft
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
CN201811649070.4A
Other languages
English (en)
Inventor
任锦华
张群
沈杰
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.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
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 Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN201811649070.4A priority Critical patent/CN109742152A/zh
Publication of CN109742152A publication Critical patent/CN109742152A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体为一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法。本发明采用磁控溅射法在SiO2介质层上制备ErSnO沟道层，源漏电极采用ITO透明导电薄膜。本发明将稀土Er材料通过物理的方法掺杂进SnO2半导体中，有效地抑制了SnO2半导体的缺陷态。制备的场效应薄膜晶体管器件综合性能优良，器件场效应迁移率大于3.0 cm2V‑1s‑1，开关比大于106，阈值电压大于‑9 V，亚阈值摆幅小于1 Vdec‑1，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法
技术领域
本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，具体涉及一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
薄膜晶体管（Thin-Film Transistors，TFTs）是一种场效应薄膜器件，依靠多数载流子在电场的调控下实现一定的开关功能，在显示技术、传感器以及仿生领域具有广阔的应用前景，得到了人们广泛的关注。
SnO2是一种n型半导体材料，具有[Kr]4d105s0的电子结构，易于实现较高的迁移率，因此得到了人们的广泛研究，但是纯SnO2薄膜本征载流子浓度较高、缺陷较多，低温下难以实现薄膜器件的开关特性。因此人们尝试了一系列的掺杂元素来抑制SnO2薄膜里面较高的载流子浓度，比如W、Ni以及Bi等等，并且实现了优良的开关特性。稀土材料由于其丰富的电子跃迁能级，常常被人们用作上转换发光的掺杂元素。然而，大多数稀土元素，比如Er元素，其形成氧化物Er2O3时，是一种良好的绝缘体。因此，本文首次尝试在SnO2沟道层里面掺杂稀土元素Er，成功实现了器件的高开关比。结果表明Er元素是一种良好的掺杂剂，可有效抑制器件的界面缺陷态，同时器件的迁移率也没有过度劣化。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单、性能优异的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法。
本发明提供的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管，其结构包括：
（1）衬底，作为栅电极使用；
（2）绝缘层，为氧化物薄膜，生长在上述硅衬底上；
（3）沟道层，为n型Er掺杂的SnO2薄膜（记为ErSnO薄膜），生长在上述绝缘层上；
（4）源漏电极，材料为ITO透明导电薄膜，生长在上述沟道层上。
本发明中，所述衬底为重掺杂p型硅衬底。
本发明中，所述绝缘氧化物薄膜为100 ~300 nm厚度的湿法氧化SiO2膜。
本发明提供的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管（记为ErSnO-TFT）的制备方法，采用射频磁控溅射法，具体步骤如下：
（1）制备n型ErSnO沟道层：采用射频磁控溅射法，所用靶材为Er-SnO镶嵌靶，在SiO2介质层上沉积ErSnO薄膜；
（2）制备源漏电极：在步骤(1)的基础上，采用射频磁控溅射法，沉积ITO源漏电极；
（3）在步骤（1）、步骤（2）的基础上，对所制备得到的器件进行空气氛围热退火处理。
上述制备过程中，衬底采用的是商用100 ~300 nm湿法氧化SiO2膜，事先经过无水乙醇清洗5 min，最后用高纯氮气吹干。
步骤（1）所述磁控溅射法中，采用不锈钢掩模对沟道进行图形化。
步骤（1）所述磁控溅射法中，ErSnO沟道层中Er与Sn的原子比为1 ~5 at.%，沟道层的厚度为5 ~15 nm。
步骤（1）所述磁控溅射法中，基板温度为25 ~100 ℃，射频功率为40 ~100 W。
步骤（1）所述磁控溅射法中，溅射气氛为氧气和氩气的混合气体，流量比为0.024~0.04，总气压为0.2 ~0.3 Pa。
步骤（2）所述磁控溅射法中，采用不锈钢掩模对源漏电极进行图形化。
步骤（2）所述磁控溅射法中，基板温度为室温，射频功率为50 ~100 W。
步骤（2）的ITO中，SnO2:In2O3=1:9。
步骤（3）所述热退火处理，氛围为空气，退火温度为250 ~350 ℃，退火时间为0.5~1.5 h。
本发明将稀土Er材料通过物理的方法掺杂进SnO2半导体中，有效地抑制了SnO2半导体的缺陷态，制备得综合性能良好的场效应薄膜晶体管器件，器件场效应迁移率大于3.0cm2V-1s-1，开关比大于106，阈值电压大于-9 V，亚阈值摆幅小于1 Vdec-1。
本发明提供的ErSnO-TFTs，具有结构简单，所制备得到的器件综合性能优异，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为实施例中制备的ErSnO-TFTs的器件结构示意图。
图2为实施例1的ErSnO薄膜晶体管的转移特性曲线。
图3为实施例2的ErSnO薄膜晶体管的转移特性曲线。
图4为实施例3的ErSnO薄膜晶体管的转移特性曲线。
具体实施方式
下面通过实例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例的ErSnO-TFTs结构示意图如图1所示，具体包括如下几个部分：
重掺杂硅衬底作为栅电极；
商用SiO2绝缘层，湿法氧化生长在上述硅衬底上；
ErSnO沟道层，生长在上述SiO2绝缘层上；
源漏电极均为ITO透明导电薄膜，生长在上述的沟道层上。
本实施例所述的ErSnO-TFTs的制备方法，包括如下几个步骤：
（1）清洗硅片：硅片经过无水乙醇超声清洗5 min，用高纯氮气吹干；
（2）采用射频磁控溅射技术在上述清洗好的硅片上沉积ErSnO薄膜，具体为：将设备真空度抽至低于8×10-4 Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0.03，调节高阀将溅射气压控制在0.3 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温，在硅片上沉积ErSnO沟道层，所用的靶材为Er-SnO镶嵌靶，Er掺杂含量为1.3 at.%；
（3）在上述ErSnO有源层上沉积ITO源漏电极，具体为：将设备真空度抽至低于1×10-3Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0，调节高阀将溅射气压控制在0.6 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温。
采用Keithley 4200半导体测试仪对上述制备得到的ErSnO薄膜晶体管进行电学性能测试。图2所示是薄膜晶体管的转移特性曲线。测试结果表明：该工艺条件下制备得到的ErSnO-TFTs场效应迁移率为6.35 cm2/Vs，开关比9.3×106，阈值电压-8.2 V，亚阈值摆幅0.98 Vdec-1。
实施例2
本实施例的ErSnO-TFTs结构示意图同实施例1，具体包括如下几个部分：
重掺杂硅衬底作为栅电极；
商用SiO2绝缘层，湿法氧化生长在上述硅衬底上；
ErSnO沟道层，生长在上述SiO2绝缘层上；
源漏电极均为ITO透明导电薄膜，生长在上述的沟道层上。
本实施例所述的ErSnO-TFTs的制备方法，包括如下几个步骤：
（1）清洗硅片：硅片经过无水乙醇超声清洗5 min，用高纯氮气吹干；
（2）采用射频磁控溅射技术在上述清洗好的硅片上沉积ErSnO薄膜，具体为：将设备真空度抽至低于8×10-4 Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0.03，调节高阀将溅射气压控制在0.3 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温，在硅片上沉积ErSnO沟道层，所用的靶材为Er-SnO镶嵌靶，Er掺杂含量为1.9 at.%；
（3）在上述ErSnO有源层上沉积ITO源漏电极，具体为：将设备真空度抽至低于1×10-3Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0，调节高阀将溅射气压控制在0.6 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温。
采用Keithley 4200半导体测试仪对上述制备得到的ErSnO薄膜晶体管进行电学性能测试。图3所示是薄膜晶体管的转移特性曲线。测试结果表明：该工艺条件下制备得到的ErSnO-TFTs场效应迁移率为4.29 cm2/Vs，开关比1.4×107，阈值电压-5.4 V，亚阈值摆幅0.71 Vdec-1。
实施例3
本实施例的ErSnO-TFTs结构示意图同实施例1，具体包括如下几个部分：
重掺杂硅衬底作为栅电极；
商用SiO2绝缘层，湿法氧化生长在上述硅衬底上；
ErSnO沟道层，生长在上述SiO2绝缘层上；
源漏电极均为ITO透明导电薄膜，生长在上述的沟道层上。
本实施例所述的ErSnO-TFTs的制备方法，包括如下几个步骤：
（1）清洗硅片：硅片经过无水乙醇超声清洗5 min，用高纯氮气吹干；
（2）采用射频磁控溅射技术在上述清洗好的硅片上沉积ErSnO薄膜，具体为：将设备真空度抽至低于8×10-4 Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0.03，调节高阀将溅射气压控制在0.3 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温，在硅片上沉积ErSnO沟道层，所用的靶材为Er-SnO镶嵌靶，Er掺杂含量为3.1 at.%；
（3）在上述ErSnO有源层上沉积ITO源漏电极，具体为：将设备真空度抽至低于1×10-3Pa，调节质量流量计，将氧气和氩气的流量比控制在0，调节高阀将溅射气压控制在0.6 Pa，射频功率调节至60 W，基板温度为室温。
采用Keithley 4200半导体测试仪对上述制备得到的ErSnO薄膜晶体管进行电学性能测试。图4所示是薄膜晶体管的转移特性曲线。测试结果表明：该工艺条件下制备得到的ErSnO-TFTs场效应迁移率为3.9 cm2/Vs，开关比2.9×107，阈值电压-0.4 V，亚阈值摆幅0.49 Vdec-1。

Claims (10)

1.一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管，其特征在于，包括：
（1）衬底，作为栅电极使用；
（2）绝缘层，为氧化物薄膜，生长在上述硅衬底上；
（3）沟道层，为n型Er掺杂的SnO2薄膜，记为ErSnO薄膜，生长在上述绝缘层上；
（4）源漏电极，材料为ITO透明导电薄膜，生长在上述沟道层上。
2.根据权利要求1所述的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底为p型重掺杂硅衬底。
3. 根据权利要求1所述的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层为100~300 nm湿法氧化SiO2膜。
4. 一种如权利要求1 ~3之一所述的稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）制备n型ErSnO沟道层：采用射频磁控溅射法，所用靶材为Er-SnO镶嵌靶，在SiO2介质层上沉积ErSnO薄膜；
（2）制备源漏电极：在步骤(1)的基础上，采用射频磁控溅射法，沉积ITO源漏电极；
（3）在步骤（1）、步骤（2）的基础上，对所制备得到的器件进行空气氛围热退火处理。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述衬底采用的是商业用100 ~300nm湿法氧化SiO2衬底。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述磁控溅射法中，采用不锈钢掩模对沟道进行图形化。
7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的ErSnO沟道层，其中Er与Sn的原子比为1 ~5 at.%，沟道层的厚度为5 ~15 nm。
8. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的ErSnO沟道层，其制备条件如下，基板温度为25 ~100 ℃，射频功率为40 ~100 W；溅射气氛为氧气和氩气的混合气体，流量比为0.024 ~0.04，总气压为0.2 ~0.3 Pa。
9. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的制备ITO源漏电极，其条件如下，基板温度为室温，射频功率为50 ~100 W；溅射气氛为纯氩气，总气压为0.4 ~0.7Pa。
10. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的器件退火处理，其条件如下，氛围为空气，退火温度为250 ~350 ℃，退火时间为0.5 ~1.5 h。
CN201811649070.4A 2018-12-30 2018-12-30 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法 Pending CN109742152A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811649070.4A CN109742152A (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811649070.4A CN109742152A (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109742152A true CN109742152A (zh) 2019-05-10

Family

ID=66362926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811649070.4A Pending CN109742152A (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109742152A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111129159A (zh) * 2019-12-11 2020-05-08 上海师范大学 一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法
CN117080288A (zh) * 2023-09-20 2023-11-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 光伏薄膜组件、太阳能电池、用电装置、制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103311130A (zh) * 2013-05-14 2013-09-18 广州新视界光电科技有限公司 一种非晶金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN104681622A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 北京大学 一种非晶氧化锌基薄膜晶体管及其制备方法
US20150280000A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Samsung Electronics Co., Transistors, methods of manufacturing the same, and electronic devices including transistors
US20160315168A1 (en) * 2016-06-30 2016-10-27 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process for forming gate insulators for tft structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103311130A (zh) * 2013-05-14 2013-09-18 广州新视界光电科技有限公司 一种非晶金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN104681622A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 北京大学 一种非晶氧化锌基薄膜晶体管及其制备方法
US20150280000A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Samsung Electronics Co., Transistors, methods of manufacturing the same, and electronic devices including transistors
US20160315168A1 (en) * 2016-06-30 2016-10-27 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process for forming gate insulators for tft structures

Non-Patent Citations (2)

* 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信息科技辑》 *
贾良华: ""二氧化锡沟道铁电薄膜晶体管的制备及其性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111129159A (zh) * 2019-12-11 2020-05-08 上海师范大学 一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法
CN111129159B (zh) * 2019-12-11 2024-02-27 上海师范大学 一种掺铕的二氧化锡基薄膜晶体管及其制备方法
CN117080288A (zh) * 2023-09-20 2023-11-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 光伏薄膜组件、太阳能电池、用电装置、制备方法和应用
CN117080288B (zh) * 2023-09-20 2024-02-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 光伏薄膜组件、太阳能电池、用电装置、制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hwang et al. Fabrication and characterization of sol-gel-derived zinc oxide thin-film transistor
Hu et al. Effect of ITO serving as a barrier layer for Cu electrodes on performance of a-IGZO TFT
CN101872787A (zh) 金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法
Son et al. High performance and the low voltage operating InGaZnO thin film transistor
CN108735821B (zh) 一种镨铟锌氧化物薄膜晶体管及其制备方法
CN102683423A (zh) 一种顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法
CN109742152A (zh) 一种稀土Er掺杂SnO2薄膜晶体管及其制备方法
Xu et al. Amorphous indium tin oxide thin-film transistors fabricated by cosputtering technique
Kim et al. The influence of hafnium doping on bias stability in zinc oxide thin film transistors
CN113078112B (zh) 一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法
CN110034192A (zh) 利用氧化亚锡调节阈值电压的氧化镓场效应管及制备方法
Zhao et al. High performance Ti-doped ZnO TFTs with AZO/TZO heterojunction S/D contacts
CN111969067A (zh) 一种氧化铟薄膜晶体管及其制备方法
CN109148593B (zh) 一种三元p型CuBi2O4薄膜晶体管及其制备方法
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
CN110890280B (zh) 一种利用钯/钯氧化物双层肖特基电极制备氧化物半导体肖特基二极管的方法
CN104022160B (zh) 高价态过渡金属掺杂的氧化锌基半导体材料及薄膜晶体管
CN102969364A (zh) 一种改善器件均匀性的顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法
Jauhari et al. Electrical properties of amorphous indium zinc tin oxide thin film transistor with Y2O3 gate dielectric
Li et al. Amorphous N-doped InSnZnO thin films deposited by RF sputtering for thin-film transistor application
CN110120349A (zh) InGaZnO薄膜晶体管的源漏电极及晶体管制备方法
Cho et al. Lowering the Trap-State Density of Transparent Amorphous Oxide Semiconductor-Based Thin Film Transistors Through Microwave Irradiation
Zhang et al. P‐1.10: The Effects of Annealing Atmosphere on Dual Gate Dielectric ITO TFTs
CN103187529A (zh) 采用并五苯作为栅绝缘层钝化的c60有机场效应晶体管
CN115621306A (zh) 一种非晶InGaZnO异质结薄膜晶体管及其制备方法

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190510