CN110047942A - 一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管及其制备和应用，制备：导电基底上交替旋涂氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液并热处理得到复合金属氧化物绝缘层；旋涂铟锌氧化物前驱体水溶液并热处理得到有源层；利用高真空热蒸镀铝源漏极，即得。该方法以水替代了有机溶剂制备前驱体溶液，提高了300℃以下热处理的薄膜质量，同时复合金属氧化物的组合兼顾了高介电和宽带隙两方面特性，降低了操作电压，减小了漏电流。本发明工艺简单，制备温度低，可应用于有机柔性基底，在柔性器件上将具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于薄膜晶体管材料及其制备和应用领域，特别涉及一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管及其制备和应用。
背景技术
场效应晶体管(FET)是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件，工作时通过栅极电压控制源漏极的电流，广泛应用于有机发光二极管(OLED)显示器和液晶显示器(LCD)。绝缘层作为场效应晶体管中必不可少的组成部分，对器件的性能有着重要的影响。传统的场效应晶体管中普遍使用SiO2绝缘层，近几年电子设备技术的发展对场效应晶体管提出了更高的要求，SiO2绝缘层已无法满足使用需求，急需寻找一种能够替代SiO2绝缘层的材料。
新型高介电常数金属氧化物薄膜具有极好的透明性和热稳定性，吸引了越来越多人的关注。其较高的介电常数更是降低场效应晶体管操作电压和提升性能的关键。相比于传统SiO2绝缘层只能通过高成本的真空法(化学沉积法和磁控溅射法等)制备，高介电常数金属氧化物薄膜能通过溶胶凝胶法制备，大大简化了制备工艺和降低了生产成本，且有望实现大面积批量化生产，是一种非常有前景的绝缘层材料。
溶胶凝胶法制备高介电常数金属氧化物薄膜过程中普遍使用有机溶剂(如：2-甲氧基乙醇、乙醇胺)，需配合较高的热处理温度(大于500℃)以破坏有机溶剂中的化学键，同时去除薄膜中残留的有机物，改善薄膜质量。河南大学张新安等人发明了一种低电压透明氧化物薄膜晶体管并取得相关技术专利(专利号：2015109521390)，其利用乙醇和乙醇胺作为溶剂，热处理温度较高，使其无法应用于有机柔性基底，且生产成本高，大大限制了高介电常数金属氧化物薄膜的应用范围。以水作为溶剂的前驱体溶液中，金属阳离子和相邻水合离子之间由静电力相互连结，相对于有机溶剂(如：2-甲氧基乙醇、乙醇胺)中的共价键更容易破坏，因此采用低温(低于300℃)下长时间热处理的方法，即可实现脱羟基和致密化过程，且有效避免了残留有机物对薄膜的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管及其制备和应用，克服了现有技术在较低温度(低于300℃)热处理后残留有机物较多的缺陷，该发明晶体管绝缘层由高介电氧化锆和宽带隙氧化铝有效组合而成，操作电压低，前驱体选用水作为溶剂，优化了薄膜质量，降低了制备温度，可用于柔性基底以制备柔性器件。
本发明的一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管，所述薄膜晶体由下至上依次为栅极、绝缘层、有源层，有源层的两端分别设有源极和漏极；其中绝缘层为高介电氧化锆和宽带隙氧化铝相互堆叠组合而成的复合金属氧化物薄膜；有源层为铟锌氧化物薄膜。
本发明的一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括：
(1)将栅极上交替旋涂氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液并热处理得到复合金属氧化物绝缘层；
(2)将绝缘层上旋涂铟锌氧化物前驱体水溶液并热处理得到有源层；
(3)将有源层上利用高真空热蒸镀得到铝源漏极。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中栅极为导电基底；其中导电基底为ITO玻璃或者FTO玻璃。
所述导电基底为清洗后的导电基底，具体为，依次用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇超声15～20min清洗导电基底。
所述步骤(1)中氧化铝前驱体水溶液为：无机铝盐为溶质，超纯水作为溶剂，浓度为0.3～0.5mol/L的铝离子的前驱体水溶液；
氧化锆前驱体水溶液为：超纯水作为溶剂，无机锆盐作为溶质，浓度为0.3～0.5mol/L的锆离子的前驱体水溶液。
进一步地，所述步骤(1)中氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液具体为：将无机铝盐、无机锆盐分别溶于超纯水中，磁力搅拌10～12h，陈化10～12h，通过0.22um滤头过滤后，分别得到氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液；氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液的浓度均为0.3～0.5mol/L。
所述无机铝盐为Al(NO3)3；无机锆盐为ZrOCl2或Zr(NO3)4。
所述步骤(1)中具体为：选取氧化铝前驱体溶液或氧化锆前驱体溶液滴在栅极表面，旋涂成膜，旋涂后利用热台热处理，交替选取氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液重复上述步骤4～8次，得到复合氧化物绝缘层；其中旋涂速率为2500～3500rpm，旋涂时间25～30s；热处理温度为250～300℃，热处理时间为0.5～1h。
所述步骤(1)和(2)旋涂之前，待旋涂的表面均用等离子体接枝仪在50～100mbar低压氧气氛围中处理以改善其亲水性，处理功率为50～100W，处理时间为3～5min。
所述步骤(2)中铟锌氧化物前驱体水溶液为：超纯水作为溶剂，In(NO3)3和Zn(NO3)2作为溶质，铟锌摩尔比为1～3，总浓度为0.15～0.2mol/L。
所述步骤(2)中In(NO3)3和Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌10～12h，陈化10～12h，通过0.22um滤头过滤后，得到铟锌氧化物前驱体水溶液；其中铟锌摩尔比为1～3:1。
所述步骤(2)旋涂为：旋涂速率为3500～4500rpm，旋涂时间25～30s，旋涂成膜；热处理：利用热台热处理，热处理温度为250～300℃，热处理时间为4～5h。
源极和漏极都是利用热蒸镀仪制备。
步骤(3)中将掩模版覆盖在有源层表面，使用真空热蒸镀制备晶体管源漏极，蒸镀气压为1×10-4～2×10-4Pa，厚度为50～80nm。
所述材料Al(NO3)3、Zr(NO3)4、ZrOCl2、In(NO3)3和Zn(NO3)2纯度均在99.99％以上。
一种所述水溶液复合氧化物薄膜晶体管在柔性器件中的应用。
有益效果
(1)本发明首先利用水作为溶剂制备氧化铝、氧化锆及铟锌氧化物的前驱体水溶液，分别使用陈化后的前驱体水溶液先旋涂后低温热处理的工艺制备得到复合氧化物绝缘层和有源层，随后利用高真空热蒸镀制备铝电极得到水溶液复合氧化物薄膜晶体管，工艺简单，热处理温度低，在柔性器件上有很大的应用前景；
(2)本发明使用高介电氧化物和宽带隙氧化物组合制备绝缘层，在降低了操作电压的同时能够保证较小的漏电流，而用水替代有机溶剂制备前驱体溶液能够提高在较低热处理温度(小于300℃)下薄膜的质量，不仅降低了生产成本，还使柔性基底的使用成为可能；
(3)本发明工艺简单，操作方便，可控性好；
(4)相比于使用有机试剂作为溶剂的方法，本发明使用超纯水作为溶剂，在较低的热处理温度下，即可完成去羟基化和致密化过程，且氧化物薄膜的性能不会受到残留的有机物质的影响，提高了较低温度下热处理的氧化物薄膜的性能，同时，超纯水无毒性，对人体以及环境不会造成危害；
(5)利用等离子体处理待旋涂的表面，提高了表面的亲水性，改善旋涂均匀性。
附图说明
图1为本发明制备的水溶液复合氧化物薄膜晶体管结构示意图；
图2为本发明实施例1中制备的水溶液复合氧化物薄膜晶体管输出特性曲线图；
图3为本发明对比例1中制备的水溶液复合氧化物薄膜晶体管输出特性曲线图；
图4为本发明实施例1中制备的水溶液复合氧化物薄膜晶体管转移特性曲线图；
图5为本发明对比例1中制备的水溶液复合氧化物薄膜晶体管转移特性曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Al(NO3)3、Zr(NO3)4、ZrOCl2、In(NO3)3和Zn(NO3)2纯度均在99.99％以上。
实施例1
(1)依次使用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇超声清洗ITO玻璃基底15min，并放入烘箱中烘干；
(2)将Al(NO3)3和ZrOCl2分别溶解于超纯水中，磁力搅拌10小时，并陈化10小时，通过0.22um滤头过滤后得到浓度均为0.3mol/L的铝离子的前驱体水溶液A和锆离子的前驱体水溶液B；将In(NO3)3和Zn(NO3)2同时溶解于超纯水中，搅拌10小时，并陈化10小时，通过0.22um滤头过滤后得到铟锌摩尔比为1，总浓度为0.15mol/L的有源层的前驱体水溶液C；
(3)用等离子体接枝仪在50mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取前驱体水溶液A或前驱体水溶液B滴在基底上，旋涂成膜，旋涂速率2500rpm，旋涂时间25s，随后在250℃的热台上热处理0.5h；采用ABAB的顺序交替选取前驱体水溶液重复上述步骤5次得到复合氧化物绝缘层；
(4)用等离子体接枝仪在50mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取有源层前驱体水溶液C滴在氧化物绝缘层上，旋涂成膜，旋涂速率3500rpm，旋涂时间25s，随后在250℃的热台上热处理4h得到有源层；
(5)使用掩膜版覆盖有源层放入真空蒸镀仪腔体内，抽真空至10-4Pa，蒸镀铝电极至厚度为50nm。
实施例2
(1)依次使用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇超声清洗ITO玻璃基底15min，并放入烘箱中烘干；
(2)将Al(NO3)3和ZrOCl2分别溶解于超纯水中，磁力搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到浓度均为0.5mol/L的铝离子的前驱体水溶液A和锆离子的前驱体水溶液B；将In(NO3)3和Zn(NO3)2同时溶解于超纯水中，搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到铟锌摩尔比为3，总浓度为0.2mol/L的有源层的前驱体水溶液C；
(3)用等离子体接枝仪在100mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为100W，处理时间为5min；选取前驱体水溶液A或前驱体水溶液B滴在基底上，旋涂成膜，旋涂速率3500rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理1h；采用ABAB的顺序交替选取前驱体水溶液重复上述步骤8次得到复合氧化物绝缘层；
(4)用等离子体接枝仪在100mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为100W，处理时间为5min；选取有源层前驱体水溶液C滴在氧化物绝缘层上，旋涂成膜，旋涂速率4500rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理5h得到有源层；
(5)使用掩膜版覆盖有源层放入真空蒸镀仪腔体内，抽真空至2*10-4Pa，蒸镀铝电极至厚度为80nm。
实施例3
(1)依次使用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇超声清洗ITO玻璃基底15min，并放入烘箱中烘干；
(2)将Al(NO3)3和Zr(NO3)4分别溶解于超纯水中，磁力搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到浓度均为0.3mol/L的铝离子的前驱体水溶液A和锆离子的前驱体水溶液B；将In(NO3)3和Zn(NO3)2同时溶解于超纯水中，搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到铟锌摩尔比为7:3，总浓度为0.2mol/L的有源层的前驱体水溶液C；
(3)用等离子体接枝仪在70mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取前驱体水溶液A或前驱体水溶液B滴在基底上，旋涂成膜，旋涂速率3000rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理1h；采用ABAB的顺序交替选取前驱体水溶液重复上述步骤5次得到复合氧化物绝缘层；
(4)用等离子体接枝仪在70mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取有源层前驱体水溶液C滴在氧化物绝缘层上，旋涂成膜，旋涂速率4000rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理4h得到有源层；
(5)使用掩膜版覆盖有源层放入真空蒸镀仪腔体内，抽真空至2*10-4Pa，蒸镀铝电极至厚度为80nm。
对比例1
(1)依次使用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇超声清洗ITO玻璃基底15min，并放入烘箱中烘干；
(2)将Al(NO3)3和Zr(NO3)4分别溶解于2-甲氧基乙醇(2-ME)中，磁力搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到浓度均为0.3mol/L的铝离子的前驱体水溶液A和锆离子的前驱体水溶液B；将In(NO3)3和Zn(NO3)2同时溶解于2-甲氧基乙醇(2-ME)中，搅拌12小时，并陈化12小时，通过0.22um滤头过滤后得到铟锌摩尔比为7:3，总浓度为0.2mol/L的有源层的前驱体水溶液C；
(3)用等离子体接枝仪在50mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取前驱体水溶液A或前驱体水溶液B滴在基底上，旋涂成膜，旋涂速率3000rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理1h；采用ABAB的顺序交替选取前驱体水溶液重复上述步骤5次得到复合氧化物绝缘层；
(4)用等离子体接枝仪在50mbar低压氧气氛围中处理待旋涂的表面，处理功率为50W，处理时间为3min；选取有源层前驱体水溶液C滴在氧化物绝缘层上，旋涂成膜，旋涂速率4000rpm，旋涂时间30s，随后在300℃的热台上热处理4h得到有源层；
(5)使用掩膜版覆盖有源层放入真空蒸镀仪腔体内，抽真空至2*10-4Pa，蒸镀铝电极至厚度为80nm。
实施例1中器件输出特性曲线(图2)表明在栅极电压为3V时，源漏极电压已逐步趋于稳定达到饱和状态，而对比例1中器件的输出特性曲线(图3)表明该器件在栅极电压为3V时电流并未达到饱和；实施例1中器件转移特性曲线(图4)和对比例1中器件转移特性曲线(图5)对比可以看出实施例1中器件具有较小的阈值电压。通过与类似氧化物晶体管专利《一种低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法》(专利号：2015109521390)转移特性曲线对比表明，利用本发明方法制备的晶体管器件在栅极电压为3V时源漏极电压得到提高。以上对比表明，本发明的一种水溶液制备的复合氧化物薄膜晶体管相比于传统利用有机溶剂(如：2-甲氧基乙醇、乙醇胺)制备的晶体管器件在电学性能方面得到优化。
Claims (10)
1.一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体由下至上依次为栅极、绝缘层、有源层，有源层的两端分别设有源极和漏极；其中绝缘层为高介电氧化锆和宽带隙氧化铝相互堆叠组合而成的复合金属氧化物薄膜；有源层为铟锌氧化物薄膜。
2.一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括：
(1)将栅极上交替旋涂氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液并热处理得到复合金属氧化物绝缘层；
(2)将绝缘层上旋涂铟锌氧化物前驱体水溶液并热处理得到有源层；
(3)将有源层上利用高真空热蒸镀得到铝源漏极。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中栅极为导电基底；其中导电基底为ITO玻璃或者FTO玻璃。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液具体为：将无机铝盐、无机锆盐分别溶于超纯水中，磁力搅拌10～12h，陈化10～12h，通过0.22um滤头过滤后，分别得到氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液；氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液的浓度均为0.3～0.5mol/L。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述无机铝盐为Al(NO3)3；无机锆盐为ZrOCl2或Zr(NO3)4。
6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中具体为：选取氧化铝前驱体溶液或氧化锆前驱体溶液滴在栅极表面，旋涂成膜，旋涂后热处理，交替选取氧化铝前驱体水溶液和氧化锆前驱体水溶液重复上述步骤4～8次，得到复合氧化物绝缘层；其中旋涂速率为2500～3500rpm，旋涂时间25～30s；热处理温度为250～300℃，热处理时间为0.5～1h。
7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和(2)旋涂之前，待旋涂的表面均用等离子体接枝仪在低压氧气氛围中处理，处理功率为50～100W，处理时间为3～5min。
8.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中In(NO3)3和Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌10～12h，陈化10～12h，通过0.22um滤头过滤后，得到铟锌氧化物前驱体水溶液；其中铟锌摩尔比为1～3:1。
9.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)旋涂为：旋涂速率为3500～4500rpm，旋涂时间25～30s，旋涂成膜；热处理：热处理温度为250～300℃，热处理时间为4～5h。
10.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中将掩模版覆盖在有源层表面，使用真空热蒸镀制备晶体管源漏极，蒸镀气压为1×10-4～2×10-4Pa，厚度为50～80nm。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050054165A1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-03-10 | Micron Technology, Inc. | Atomic layer deposited ZrAlxOy dielectric layers |
| CN103594522A (zh) * | 2012-08-14 | 2014-02-19 | 三星显示有限公司 | 薄膜晶体管及其制造方法和包括该薄膜晶体管的显示设备 |
| CN104051543A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-09-17 | 江苏大学 | 一种具有电致变色特性的双层栅介质薄膜晶体管 |
| CN104201112A (zh) * | 2014-09-28 | 2014-12-10 | 青岛大学 | 一种基于水溶液薄膜晶体管的制备方法 |
| CN105161415A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-16 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 高介电常数薄膜-氧化铝叠层结构绝缘薄膜及其制备方法 |
| CN105428247A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-03-23 | 青岛大学 | 一种基于水性超薄ZrO2高k介电层的薄膜晶体管制备方法 |
| CN105514172A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-04-20 | 河南大学 | 一种低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN106409668A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-15 | 齐鲁工业大学 | 一种氧化铝介电薄膜的低温溶液制备方法 |
| CN106431397A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 齐鲁工业大学 | 一种高介电氧化锆薄膜的低温溶液制备方法 |
| CN106653575A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 低温制备氧化物薄膜的前驱体溶液及所制备的薄膜、薄膜晶体管 |
| CN107785254A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-09 | 华南理工大学 | 一种旋涂法制备氧化铝‑氧化锆叠层电介质的方法 |
| CN108346703A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-31 | 华南理工大学 | 一种提高溶液法氧化物绝缘层tft偏压稳定性的方法 |
-
2019
- 2019-04-09 CN CN201910279855.5A patent/CN110047942A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050054165A1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-03-10 | Micron Technology, Inc. | Atomic layer deposited ZrAlxOy dielectric layers |
| CN103594522A (zh) * | 2012-08-14 | 2014-02-19 | 三星显示有限公司 | 薄膜晶体管及其制造方法和包括该薄膜晶体管的显示设备 |
| CN104051543A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-09-17 | 江苏大学 | 一种具有电致变色特性的双层栅介质薄膜晶体管 |
| CN104201112A (zh) * | 2014-09-28 | 2014-12-10 | 青岛大学 | 一种基于水溶液薄膜晶体管的制备方法 |
| CN105161415A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-16 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 高介电常数薄膜-氧化铝叠层结构绝缘薄膜及其制备方法 |
| CN105514172A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-04-20 | 河南大学 | 一种低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN105428247A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-03-23 | 青岛大学 | 一种基于水性超薄ZrO2高k介电层的薄膜晶体管制备方法 |
| CN106409668A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-15 | 齐鲁工业大学 | 一种氧化铝介电薄膜的低温溶液制备方法 |
| CN106431397A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 齐鲁工业大学 | 一种高介电氧化锆薄膜的低温溶液制备方法 |
| CN106653575A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 低温制备氧化物薄膜的前驱体溶液及所制备的薄膜、薄膜晶体管 |
| CN107785254A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-09 | 华南理工大学 | 一种旋涂法制备氧化铝‑氧化锆叠层电介质的方法 |
| CN108346703A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-31 | 华南理工大学 | 一种提高溶液法氧化物绝缘层tft偏压稳定性的方法 |
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