CN110379716B - 一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括步骤：1：配置得到蛋白质溶液；步骤2：将蛋白质溶液滴于平整的聚对苯二甲酸乙二酯塑料板上，待溶剂挥发后，干燥脱板获得可降解的圆形蛋白质基底薄膜；步骤3：在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板，蒸镀铝薄膜，形成栅电极；步骤4：在所述栅电极上覆盖第二掩膜板，溅射沉积HfO2绝缘层薄膜；其中，靶溅射功率为140～160W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为1.5～2.5h，HfO2绝缘层薄膜厚度为190～210nm；步骤5：在所述绝缘层薄膜上覆盖第三掩膜板，溅射沉积锡掺杂氧化锌有源层薄膜；步骤6：在所述有源层薄膜上覆盖第四掩膜板，蒸镀源极和漏极后，获得可降解薄膜晶体管。

Description

一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管制备技术领域，更具体的是，本发明涉及一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法。
背景技术
以硅为典型代表的第一代半导体材料与器件已经进入到人们生活中的方方面面，这些传统的硬质半导体材料取得巨大的成就的同时，也有着难以克服的缺点，比如在自然环境中难以降解等问题。
近年来，可降解的瞬态电子器件成为了研究热点，其主要包括可降解基底、半导体功能材料以及金属电极等，这些组成部分可以在瞬态电子产品完成指定功能后部分或者全部降解，实现了零电子废弃物的排放，是一种具有颠覆性的新兴电子技术。
然而，可降解基底通常耐热性较差，而无机半导体材料制备过程中通常需要高温工艺来获得较高性能。虽然有机半导体材料可以采用低温工艺来制备，但有机半导体材料在迁移率、可靠性等性能上还不及无机半导体材料，并且器件难以小型化。此外，传统无机半导体器件图形化过程中通常会采用湿法腐蚀等方法，这些苛刻的工艺条件也无法应用到可降解基底上。
发明内容
本发明设计开发了一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，目的之一是，无需高温工艺，也避免了腐蚀工艺对基底材料的破坏，在可降解的基底上获得了氧化物薄膜晶体管器件。
目的之二是优化了溅射沉积绝缘层的参数，并控制溅射沉积绝缘层靶溅射功率，获得良好的绝缘层薄膜材料。
目的之三是优化了溅射沉积有缘层的参数，并控制共溅射沉积有缘层的氧化锌靶溅射功率和金属锡靶溅射功率，获得良好的有缘层薄膜材料。
本发明提供的技术方案为：
一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一定量蛋白粉，加入到去离子水和乙醇的混合熔液中，并置于水浴锅中，在60～75℃下加热10～15min，得到蛋白质溶液；
步骤2：将蛋白质溶液滴于平整的聚对苯二甲酸乙二酯塑料板上，待溶剂挥发后，干燥脱板获得可降解的圆形蛋白质基底薄膜；
步骤3：在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板，蒸镀铝薄膜，形成栅电极；
步骤4：在所述栅电极上覆盖第二掩膜板，溅射沉积HfO2绝缘层薄膜；
其中，靶溅射功率为140～160W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为1.5～2.5h，HfO2绝缘层薄膜厚度为190～210nm；
步骤5：在所述绝缘层薄膜上覆盖第三掩膜板，溅射沉积锡掺杂氧化锌有源层薄膜；
其中，所述溅射采用共溅射方式，且氧化锌靶溅射功率为90～110W，金属锡靶溅射功率为4.5～5.5W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为14～16min，锡掺杂氧化锌有源层薄膜的厚度65～75nm；
步骤6：在所述有源层薄膜上覆盖第四掩膜板，蒸镀源极和漏极后，获得可降解薄膜晶体管。
优选的是，在步骤4中，靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000021
式中，P1为溅射沉积绝缘层靶溅射功率，ξ为校正系数，T1为溅射沉积绝缘层的温度，T0为室温，取20℃，P1为溅射沉积绝缘层的压强，P0为标准大气压，d1为溅射沉积绝缘层薄膜的厚度，dA为单位厚度，t1为溅射沉积绝缘层的时间，tA为单位时间，e为自然对数的底数，P10为溅射沉积绝缘层靶溅射基础功率。
优选的是，在步骤5中，氧化锌靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000031
金属锡靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000032
式中，P2为氧化锌靶溅射功率，P3为金属锡靶溅射功率，
Figure GDA0003086557220000033
为校正系数，T2为溅射沉积有缘层的温度，P2为溅射沉积有缘层的压强，d1为溅射沉积有缘层薄膜的厚度，t2为溅射沉积有缘层的时间，P20为氧化锌靶溅射基础功率。
优选的是，在所述步骤4中，靶溅射功率为150W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间为2h，HfO2绝缘层薄膜厚度为200nm。
优选的是，在所述步骤5中，氧化锌靶溅射功率为100W，金属锡靶溅射功率为5W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间为15min，锡掺杂氧化锌有源层薄膜的厚度70nm。
优选的是，所述去离子水和乙醇的体积比为1:2.5～1:3.5，所述蛋白粉的质量与所述去离子水和乙醇的混合熔液的体积比为1:3.5～1:4.5
优选的是，在步骤1中，所述去离子水和乙醇的体积比为1:3，所述蛋白粉的质量与所述去离子水和乙醇的混合熔液的体积比为1:4。
优选的是，所述第一掩膜板中心设置有第一通孔，且第一通孔的半径小于所述蛋白质基底薄膜的半径，在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板时，所述蛋白质基底薄膜与所述第一通孔同心；所述第二掩膜板中心设置有第二通孔，且第二通孔的半径小于所述第一通孔的半径，在所述栅电极上覆盖第二掩膜板时，所述第一通孔与所述第二通孔同心。
优选的是，所述第三掩膜板上设置有矩形通孔，其沿所述第三掩膜板轴向等间距设置，并沿所述第三掩膜板径向等间距阵列，所述矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
优选的是，所述第四掩膜板上设置有多组源极和漏极通孔，其为矩形通孔，且沿所述第四掩膜板轴向等间距设置，并沿所述第四掩膜板径向等间距阵列，所述源极和漏极通孔形状相同，长为1mm，宽为500μm，每组源极和漏极通孔的间距为50μm～1mm。
本发明所述的有益效果：
(1)本发明设计开发的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，无需高温工艺，也避免了腐蚀工艺对基底材料的破坏，在可降解的基底上获得了氧化物薄膜晶体管器件；并针对无机半导体材料图形化过程中，可降解基底耐酸碱能力差，无法使用传统的湿法腐蚀工艺的问题，我们在溅射过程中使用掩膜板来直接形成器件图形。
(2)本发明设计开发的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，优化了溅射沉积绝缘层的参数，并控制溅射沉积绝缘层靶溅射功率，获得良好的绝缘层薄膜材料。同时优化了溅射沉积有缘层的参数，并控制共溅射沉积有缘层的氧化锌靶溅射功率和金属锡靶溅射功率，获得良好的有缘层薄膜材料。
附图说明
图1为本发明所述将蛋白质溶液滴于平整的聚对苯二甲酸乙二酯塑料板上的示意图。
图2为本发明所述圆形蛋白质基底薄膜的示意图。
图3为本发明所述第一掩膜板的结构示意图。
图4为本发明所述圆形蛋白质基底薄膜和栅电极的结构示意图。
图5为本发明所述第二掩膜板的结构示意图。
图6为本发明所述圆形蛋白质基底薄膜、栅电极和绝缘层的结构示意图。
图7为本发明所述第三掩膜板的结构示意图。
图8为本发明所述圆形蛋白质基底薄膜、栅电极、绝缘层和有源层的结构示意图。
图9为本发明所述第四掩膜板的结构示意图。
图10为本发明所述蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取一定量蛋白粉，加入到去离子水和乙醇的混合熔液中，并置于水浴锅中，在60～75℃下加热10～15min，得到蛋白质溶液；
其中，所述去离子水和乙醇的体积比为1:2.5～1:3.5，所述蛋白粉的质量与所述去离子水和乙醇的混合熔液的体积比为1:3.5～1:4.5；
步骤2：将蛋白质溶液滴于平整的聚对苯二甲酸乙二酯塑料(PET)板上，待溶剂挥发后，干燥脱板获得可降解的圆形蛋白质基底薄膜，如图1、2所示；
步骤3：在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板，蒸镀铝薄膜，形成栅电极；
其中，所述的第一掩膜板中心设置有第一通孔，且第一通孔的半径小于蛋白质基底薄膜的半径，在蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板时，蛋白质基底薄膜与第一通孔同心，如图3、4所示；
步骤4：在所述栅电极上覆盖第二掩膜板，溅射沉积HfO2绝缘层薄膜；
其中，靶溅射功率为140～160W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为1.5～2.5h，HfO2绝缘层薄膜厚度为190～210nm；
优选控制靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000051
式中，P1为溅射沉积绝缘层靶溅射功率，ξ为校正系数，T1为溅射沉积绝缘层的温度，T0为室温，取20℃，P1为溅射沉积绝缘层的压强，P0为标准大气压，d1为溅射沉积绝缘层薄膜的厚度，dA为单位厚度，t1为溅射沉积绝缘层的时间，tA为单位时间，e为自然对数的底数；
其中，所述的第二掩膜板中心设置有第二通孔，且第二通孔的半径小于第一通孔的半径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试，在栅电极上覆盖第二掩膜板时，第一通孔与第二通孔同心，如图5、6所示；
步骤5：在所述绝缘层薄膜上覆盖第三掩膜板，溅射沉积锡掺杂氧化锌有源层薄膜；
其中，所述溅射采用共溅射方式，且氧化锌靶溅射功率为90～110W，金属锡靶溅射功率为4.5～5.5W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为14～16min，锡掺杂氧化锌有源层薄膜的厚度65～75nm；
优选控制氧化锌靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000061
金属锡靶溅射功率满足：
Figure GDA0003086557220000062
式中，P2为氧化锌靶溅射功率，P3为金属锡靶溅射功率，
Figure GDA0003086557220000063
为校正系数，T2为溅射沉积有缘层的温度，P2为溅射沉积有缘层的压强，d1为溅射沉积有缘层薄膜的厚度，t2为溅射沉积有缘层的时间；
其中，所述的第三掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm，如图7、8所示；
步骤6：在所述有源层薄膜上覆盖第四掩膜板，蒸镀源极和漏极后，获得可降解薄膜晶体管。
其中，所述的第四掩膜板上设置有多组源极和漏极通孔，其为矩形通孔，且沿第四掩膜板轴向等间距设置，并沿第四掩膜板径向等间距阵列，所述的源极和漏极通孔形状相同，长为1mm，宽为500μm，每组源极和漏极通孔的间距即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等，如图9、10所示。
实施例1
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，溅射功率为140W，温度为95℃，压力8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1，沉积时间2.5小时，HfO2薄膜厚度210nm。
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为90W，金属锡靶溅射功率为5.5W，温度为90℃，压力8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1，沉积时间16min，TZO薄膜厚度75nm。
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
实施例2
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，溅射功率为150W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间2小时，HfO2薄膜厚度200nm。
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为100W，金属锡靶溅射功率为5W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间15min，TZO薄膜厚度70nm。
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
实施例3
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，溅射功率为160W，温度为85℃，压力7.5mtorr，Ar/O2为9.5:1，沉积时间1.5小时，HfO2薄膜厚度190nm。
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为110W，金属锡靶溅射功率为4.5W，温度为95℃，压力7.5mtorr，Ar/O2为9.5:1，沉积时间14min，TZO薄膜厚度65nm。
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
实施例4
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间2小时，HfO2薄膜厚度200nm，并确定靶溅射功率：
Figure GDA0003086557220000101
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为100W，金属锡靶溅射功率为5W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间15min，TZO薄膜厚度70nm，并确定氧化锌靶溅射功率为：
Figure GDA0003086557220000111
金属锡靶溅射功率为：
Figure GDA0003086557220000112
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
对比例1
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，溅射功率为138W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间2小时，HfO2薄膜厚度212nm。
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为115W，金属锡靶溅射功率为6W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间15min，TZO薄膜厚度79nm。
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
对比例2
本实施例提供的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置蛋白质溶液，称取5g玉米蛋白粉、5ml去离子水、15ml乙醇，置于烧瓶中混合，用玻璃棒搅拌至蛋白粉充分溶解后，将烧瓶置于70℃的水浴锅中，加热15分钟，得到蛋白质溶液。
步骤2：取一块平整的PET塑料板，将配置好的蛋白质溶液滴涂于PET塑料板上，待溶剂自然挥发后，蛋白质薄膜干燥并脱离塑料板，获得可降解的蛋白质基底薄膜。
步骤3：取一掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径略小于蛋白质基底薄膜直径，将掩膜板覆盖在蛋白质基底薄膜上，置于电子束蒸发(EB)设备中，蒸镀铝薄膜，作为栅电极。
步骤4：取另一块掩膜板，该掩膜板中间有一圆孔，直径应小于栅电极直径，以使最终器件完成后，使栅电极暴露于表面，方便测试。将掩膜板覆盖在栅电极之上，置于射频磁控溅射设备中，采用HfO2靶材，沉积绝缘层薄膜材料，其中，溅射功率为165W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间1.5小时，HfO2薄膜厚度186nm。
步骤5：制作有源层掩膜板，镂空出即为有源层图形，即在掩膜板上设置有矩形通孔，其沿第三掩膜板轴向等间距设置，并沿第三掩膜板径向等间距阵列，所述的矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
将上述有源层掩膜板覆盖于HfO2绝缘层之上，置于磁控溅射反应室中，进行有源层材料沉积。有源层材料为锡掺杂氧化锌(TZO)，采用共溅射方式，ZnO靶溅射功率为86W，金属锡靶溅射功率为4W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间13min，TZO薄膜厚度60nm。
步骤6：制作源极和漏极掩膜板，镂空出分别为源极和漏极图形，其中，源极和漏极形状都为长方形，长1mm，宽500μm，源极和漏极之间的距离即为晶体管器件的沟道长度，根据不同需求，该沟道长度可以为不同值，其范围可以从50μm到1mm不等。
将上述源漏电极掩膜板覆盖于有源层之上，置于电子束蒸发(EB)设备中，进行源极和漏极材料沉积，即获得可降解薄膜晶体管阵列。
对实施例1-4和对比例1-2所获得的可降解薄膜晶体管进行性能测试。
本发明中制备方法基于正交实验法，每一项参数都经过优化，偏离最优条件较远将使器件达不到理想的电学性能。实施例1-4中，器件开关比达到10的5次方，开态电流达到2.6μA，关态电流17pA，电子迁移率大于1cm2/V·s。而对比例的制备条件偏离最优条件较远，对比例1开态电流接近100μA，关态电流1.9μA，开关比小于100，性能较差，无法作为晶体管使用；对比例2的绝缘层质量较差，源极和栅极之间有较大的漏电流，也无法作为晶体管使用。
实施例1-4和对比例1-2所获得的可降解薄膜晶体管降解性能均可以达到要求，将可降解薄膜晶体管器件浸入75％的乙醇水溶液中，在室温下可在24小时内充分溶解，既可以在瞬态电子产品完成指定功能后部分或者全部降解，又能够在使用过后掩埋后快速降解，实现了零电子废弃物的排放。但是实施例1-4所获得的可降解薄膜晶体管电性能更加优良，包括器件开关比、迁移率等，而对比例1-2所获得的可降解薄膜晶体管的电性相对于实施例1-4来说有所下降，甚至不满足要求。
本发明设计开发的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，无需高温工艺，也避免了腐蚀工艺对基底材料的破坏，在可降解的基底上获得了氧化物薄膜晶体管器件；并针对无机半导体材料图形化过程中，可降解基底耐酸碱能力差，无法使用传统的湿法腐蚀工艺的问题，我们在溅射过程中使用掩膜板来直接形成器件图形。本发明还优化了溅射沉积绝缘层的参数，并控制溅射沉积绝缘层靶溅射功率，获得良好的绝缘层薄膜材料。同时优化了溅射沉积有缘层的参数，并控制共溅射沉积有缘层的氧化锌靶溅射功率和金属锡靶溅射功率，获得良好的有缘层薄膜材料
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取蛋白粉，加入到去离子水和乙醇的混合熔液中，并置于水浴锅中，在60～75℃下加热10～15min，得到蛋白质溶液；
步骤2：将蛋白质溶液滴于平整的聚对苯二甲酸乙二酯塑料板上，待溶剂挥发后，干燥脱板获得可降解的圆形蛋白质基底薄膜；
步骤3：在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板，蒸镀铝薄膜，形成栅电极；
步骤4：在所述栅电极上覆盖第二掩膜板，溅射沉积HfO2绝缘层薄膜；
其中，靶溅射功率为140～160W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为1.5～2.5h，HfO2绝缘层薄膜厚度为190～210nm；
其中，靶溅射功率满足：
Figure FDA0003086557210000011
式中，P1为溅射沉积绝缘层靶溅射功率，ξ为校正系数，T1为溅射沉积绝缘层的温度，T0为室温，取20℃，p 1 为溅射沉积绝缘层的压强，p 0 为标准大气压，d1为溅射沉积绝缘层薄膜的厚度，dA为单位厚度，t1为溅射沉积绝缘层的时间，tA为单位时间，e为自然对数的底数，P10为溅射沉积绝缘层靶溅射基础功率；
步骤5：在所述绝缘层薄膜上覆盖第三掩膜板，溅射沉积锡掺杂氧化锌有源层薄膜；
其中，所述溅射采用共溅射方式，且氧化锌靶溅射功率为90～110W，金属锡靶溅射功率为4.5～5.5W，温度为85～95℃，压力7.5～8.5mtorr，Ar/O2为8.5:1～9.5:1，沉积时间为14～16min，锡掺杂氧化锌有源层薄膜的厚度65～75nm；
步骤6：在所述有源层薄膜上覆盖第四掩膜板，蒸镀源极和漏极后，获得可降解薄膜晶体管。
2.如权利要求1所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，在步骤5中，氧化锌靶溅射功率满足：
Figure FDA0003086557210000021
金属锡靶溅射功率满足：
Figure FDA0003086557210000022
式中，P2为氧化锌靶溅射功率，P3为金属锡靶溅射功率，
Figure FDA0003086557210000023
为校正系数，T2为溅射沉积有缘层的温度，p 2 为溅射沉积有缘层的压强，d1为溅射沉积有缘层薄膜的厚度，t2为溅射沉积有缘层的时间，P20为氧化锌靶溅射基础功率。
3.如权利要求2所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，靶溅射功率为150W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间为2h，HfO2绝缘层薄膜厚度为200nm。
4.如权利要求3所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，在所述步骤5中，氧化锌靶溅射功率为100W，金属锡靶溅射功率为5W，温度为90℃，压力8mtorr，Ar/O2为9:1，沉积时间为15min，锡掺杂氧化锌有源层薄膜的厚度70nm。
5.如权利要求1、2、3或4所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，所述去离子水和乙醇的体积比为1:2.5～1:3.5，所述蛋白粉的质量与所述去离子水和乙醇的混合熔液的体积比为1:3.5～1:4.5。
6.如权利要求5所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述去离子水和乙醇的体积比为1:3，所述蛋白粉的质量与所述去离子水和乙醇的混合熔液的体积比为1:4。
7.如权利要求6所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，所述第一掩膜板中心设置有第一通孔，且第一通孔的半径小于所述蛋白质基底薄膜的半径，在所述蛋白质基底薄膜上覆盖第一掩膜板时，所述蛋白质基底薄膜与所述第一通孔同心；所述第二掩膜板中心设置有第二通孔，且第二通孔的半径小于所述第一通孔的半径，在所述栅电极上覆盖第二掩膜板时，所述第一通孔与所述第二通孔同心。
8.如权利要求7所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，所述第三掩膜板上设置有矩形通孔，其沿所述第三掩膜板轴向等间距设置，并沿所述第三掩膜板径向等间距阵列，所述矩形通孔的长为2mm，宽为250μm。
9.如权利要求8所述的蛋白质基底上氧化锌基薄膜晶体管制备方法，其特征在于，所述第四掩膜板上设置有多组源极和漏极通孔，其为矩形通孔，且沿所述第四掩膜板轴向等间距设置，并沿所述第四掩膜板径向等间距阵列，所述源极和漏极通孔形状相同，长为1mm，宽为500μm，每组源极和漏极通孔的间距为50μm～1mm。
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