CN113506831A - 一种短沟道ZnO薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及短沟道ZnO薄膜晶体管及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：在真空、惰性气体保护条件下，于第一温度下，在导电衬底上依次沉积栅绝缘层和ZnO沟道层；对所述ZnO沟道层进行光刻，以形成ZnO沟道结构，得到第一结构；对第一结构进行光刻，并依次蒸镀金属附着层和金属覆盖层，以形成源漏双层电极，得到短沟道ZnO薄膜晶体管，所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2nm～3μm。本申请制造出来的ZnO薄膜晶体管具有短沟道，从而降低了ZnO薄膜晶体管的尺寸，同时具备高性能，可以用于驱动Micro‑LED。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种短沟道ZnO薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
Micro-LED显示是一种新型的自发光显示技术，由于其高分辨率、高亮度、高显色度、低功耗、响应速度快，使用寿命长，综合性能远超液晶显示(LCD)和有机发光二极管显示(OLED)，被公认为下一代的显示技术。
Micro-LED主要通过薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)来驱动，由于每个薄膜晶体管TFT驱动一个Micro-LED，故要求单个薄膜晶体管TFT的尺寸下降至5μm以下。为确保薄膜晶体管TFT能够有效地驱动Micro-LED，势必需要降低薄膜晶体管TFT的大小尺寸。
因此，在降低薄膜晶体管TFT的尺寸的同时使之具备高性能，以用于驱动Micro-LED，是当前亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种短沟道ZnO薄膜晶体管及其制备方法，制造出来的ZnO薄膜晶体管具有短沟道，从而降低了ZnO薄膜晶体管的尺寸，同时具备高性能，可以用于驱动Micro-LED。
第一方面，提供了一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其包括如下步骤：
在真空、惰性气体保护条件下，于第一温度下，在导电衬底上依次沉积栅绝缘层和ZnO沟道层；
对所述ZnO沟道层进行光刻，以形成ZnO沟道结构，得到第一结构；
对第一结构进行光刻，并依次蒸镀金属附着层和金属覆盖层，以形成源漏双层电极，得到短沟道ZnO薄膜晶体管，所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2nm～3μm。
一些实施例中，所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为100nm～2μm。
一些实施例中，所述金属附着层采用Ti、Mo、Al、Zn和Sn中的一种或多种；
和/或，所述金属覆盖层采用Cu、Ag和Au中的一种或多种。
一些实施例中，所述金属附着层厚度为2nm～100nm；
和/或，所述金属覆盖层厚度为2nm～150nm。
一些实施例中，所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道宽度W为2nm～3μm；
和/或，所述ZnO沟道层的厚度为2nm～50nm。
一些实施例中，所述第一温度为20℃～145℃。
一些实施例中，所述第一温度为130℃～145℃。
一些实施例中，所述栅绝缘层的厚度为2nm～60nm。
一些实施例中，所述栅绝缘层为Al2O3、HfO2、SiO2、ZrO2、Ta2O5、La2O3和TiO2中的一种。
第二方面，提供了一种短沟道ZnO薄膜晶体管，其其采用上述任一所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法制备而成。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请通过降低沟道尺寸探究出沟道尺寸与ZnO薄膜晶体管各项性能指标的关系，利用双层电极降低接触电阻并且优化生长工艺降低通道电阻，从而制备出可以用于驱动Micro-LED的高性能短沟道ZnO薄膜晶体管，沟道长度在2nm～3μm时，ZnO薄膜晶体管迁移率高于30cm2V-1s-1、亚阈值摆幅为0.21～0.96V/dec、开关比为1.42×106～1.93×109、阈值电压在-1.12～2V之间，整体综合性能高。
沟道长度为100nm～2μm时，ZnO薄膜晶体管迁移率高达58.9～75.8cm2V-1s-1、亚阈值摆幅低至0.21～0.25V/dec、开关比高达至1.56×109～1.93×109且阈值电压在1～2V之间，完全满足商业要求。
由于ZnO薄膜晶体管电极的金属附着层优良的附着力和金属功函数较低，可以与ZnO薄膜形成良好欧姆接触，并且适宜生长窗口形成高质量沟道薄膜使得通道电阻较低，该工艺手段在一定范围的沟道长度中补偿了短沟道效应，因此，该高性能短沟道ZnO薄膜晶体管即使在沟道长度仅为100nm～2μm时，ZnO薄膜晶体管的迁移率、亚阈值摆幅、开关比保持高水平且阈值电压在1～2V之间，完全满足商业要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底示意图；
图2为本申请实施例提供的第一结构示意图；
图3为本申请实施例提供的短沟道ZnO薄膜晶体管一个视角示意图；
图4为本申请实施例提供的短沟道ZnO薄膜晶体管另一个视角示意图；
图5为本申请实施例提供的短沟道ZnO薄膜晶体管显微镜俯视图；
图6为本申请实施例提供的沟道长度为100nm、Cu/Ti源漏双层电极的短沟道ZnO薄膜晶体管的转移特性曲线；
图7为本申请实施例提供的Cu/Ti源漏双层电极的短沟道ZnO薄膜晶体管的迁移率、亚阈值摆幅、阈值电压随沟道长度缩小的变化曲线。
图中：1、导电衬底；2、栅绝缘层；3、ZnO沟道层；4、ZnO沟道结构；5、金属附着层；6、金属覆盖层；7、源漏双层电极。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1、图2、图3和图4所示，本申请实施例提供的一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底1，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底1放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气等惰性气体保护条件下，加热至第一温度，在导电衬底1上依次沉积栅绝缘层2和ZnO沟道层3。
步骤3、对沉积有栅绝缘层2和ZnO沟道层3的导电衬底1通过匀胶机旋涂正胶，然后放到热台上烘烤，接着将掩模板与导电衬底1对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层3后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构4，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶，然后放到热台上烘烤。接着将掩模板中电极结构与导电衬底1上的ZnO沟道结构4对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台烘烤，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影，再依次蒸镀金属附着层5和金属覆盖层6，采用剥离法将沉积了蒸镀金属附着层5和金属覆盖层6的导电衬底1放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极7，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2nm～3μm。
参见图5所示，制备的短沟道ZnO薄膜晶体管沟道的长度L从2nm到50nm不等，宽度W为50nm。
上述步骤2中，第一温度为20℃～145℃。若温度高于145℃，则随着温度越高氧空位浓度越大，这使得载流子浓度越大，载流子浓度过高时会造成ZnO薄膜晶体管无法关断，从而导致关态电流高，ZnO薄膜晶体管开关比下降，而若低于20℃，则会使得薄膜生长质量不高从而造成沟道电阻较高，进而导致迁移率下降。
上述步骤2中，第一温度优选为130℃～145℃。
上述步骤4中，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L优选为100nm～2μm。
上述步骤4中，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道宽度W为2nm～3μm。
上述步骤2中，沉积栅绝缘层2和ZnO沟道层3时，采用原位生长法，可以避免破坏真空环境，提高了栅绝缘层2和ZnO沟道层3的界面，有利于降低亚阈值摆幅。
上述步骤2中，栅绝缘层2的厚度为2nm～60nm。ZnO沟道层3的厚度为2nm～50nm。
上述步骤2中，栅绝缘层2为Al2O3、HfO2、SiO2、ZrO2、Ta2O5、La2O3和TiO2中的一种。
上述步骤2中，ZnO的前驱体源采用二乙基锌和水。
上述步骤4中，采用双层电机设计，通过金属附着层5改善电极附着力，降低ZnO沟道层3与电极之间的接触电阻，通过金属覆盖层6保证电极的高导电率。
上述步骤4中，金属附着层5采用Ti、Mo、Al、Zn和Sn中的一种或多种，金属覆盖层6采用Cu、Ag和Au中的一种或多种。
上述步骤4中，金属附着层5厚度为2nm～100nm，金属覆盖层6厚度为2nm～150nm。
实施例1
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至20℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例2
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至50℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例3
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至80℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例4
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至110℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例5
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至120℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例6
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至125℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例7
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至130℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例8
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例9
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至145℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
实施例10
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2nm。
实施例11
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为10nm。
实施例12
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为80nm。
实施例13
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为90nm。
实施例14
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为100nm。
参见图6所示，为沟道长度L为100nm宽度W为50nm的短沟道ZnO薄膜晶体管的转移特性曲线，可以看到ZnO薄膜晶体管有较低的关态电流，迁移率高达63.8cm2V-1s-1，亚阈值摆幅低至0.25V/dec，阈值电压1.13V，开关比达1.88×109。如图7所示短沟道ZnO薄膜晶体管的迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压随沟道长度缩小的变化曲线。可以看到迁移率并未随沟道长度降低恶化。
实施例15
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为500nm。
实施例16
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为1000nm。
实施例17
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2000nm。
实施例18
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2500nm。
实施例19
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为3000nm。
对比例1
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至15℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
对比例2
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至150℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为200nm。
对比例3
一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选择重掺杂的导电衬底，放入丙酮中超声10min，然后再放入乙醇中超声10min，最后用氮气吹干。
步骤2、将导电衬底放入ALD腔室，抽真空，在高纯氮气保护条件下，加热至140℃，在导电衬底上，先用三甲基铝(TMA)和水(H2O)前驱体源生长10nm厚的Al2O3栅绝缘层，在不破坏真空的情况下，再用前驱体源为二乙基锌(DEZ)和水(H2O)生长5nm厚的ZnO沟道层。
步骤3、对沉积有栅绝缘层和ZnO沟道层的导电衬底通过匀胶机旋涂正胶S1813，匀胶机速度为600r/min旋3s，4000r/min旋涂60s。然后放到热台上120℃烘烤2min，接着将掩模板与导电衬底对准后进行紫外曝光后，放到正胶显影液中显影。接着放入磷酸中腐蚀，刻蚀多余ZnO沟道层后，放入丙酮中，去掉光刻胶，形成ZnO沟道结构，得到第一结构。
步骤4、对第一结构利用匀胶机旋涂负胶N4340，匀胶机速度为600r/min旋3s，2000r/min旋涂100s。然后放到热台上70℃烘烤1min。接着将掩模板中电极结构与导电衬底上的ZnO沟道结构对准后进行紫外曝光15s后，在放到热台100℃后烘3min，之后放到正胶显影液与去离子水1:1配比的溶液中显影2min，再依次蒸镀5nm的Ti和30nm的Cu，采用剥离法将沉积了Ti和Cu的导电衬底放置丙酮中，将光刻胶处理干净，以形成源漏双层电极，在乙醇中清洗干净后得到短沟道ZnO薄膜晶体管，短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为3100nm。
表1：各实施例与对比例制备的短沟道ZnO薄膜晶体管的性能
注：S表示“实施例”，如S1即为实施例1；D表示“对比例”，如D1即为对比例1。
由于每个薄膜晶体管TFT驱动一个Micro-LED，随着Micro-LED的像素点的数量越来越多，Micro-LED要求薄膜晶体管TFT的尺寸下降至5μm以下，为了确保薄膜晶体管TFT能够有效地驱动Micro-LED，势必需要降低薄膜晶体管TFT的大小尺寸。
发明人对相关技术研究之后发现，可以通过减小薄膜晶体管TFT的沟道长度，从而减小薄膜晶体管TFT的尺寸。
然而，发明人通过试验进一步地发现，要使得薄膜晶体管TFT的迁移率达到较高水平如30cm2V-1s-1以上，其沟道长度都在20μm以上，势必使得薄膜晶体管TFT尺寸更大，而若降低沟道长度，由于无法忽略的接触电阻和沟道电阻使得迁移率降低，比如，当降低至5μm后，迁移率降低至11.6cm2V-1s-1，无法有效地驱动Micro-LED。
经过发明人进一步分析，其原因可能是短沟道效应造成的，也即随着沟道长度减小，短沟道效应导致ZnO薄膜晶体管的性能下降变得不可忽略。
基于此，结合对比例D1、D2，以及实施例S1至S9，发明人进一步地研究发现，将生长温度控制在20℃～145℃时，即使将沟道长度降低至200nm，制备得到的ZnO薄膜晶体管，相比于当前降低至5μm后，迁移率降低至11.6cm2V-1s-1，本申请的迁移率能显著提高到30cm2V- 1s-1以上，达到69.2cm2V-1s-1，同时其阈值电压在1V～2V之间，满足商用标准。
如果将生长温度降低至15℃，由于薄膜质量水平低导致沟道电阻大，会大幅度降低ZnO薄膜晶体管的迁移率，此外低温造成绝缘层与沟道层界面质量不佳，使得亚阈值摆幅退化，并且造成沟道载流子浓度低，使得阈值电压过大，从而增加ZnO薄膜晶体管耗能；如果将生长温度升高至150℃时，沟道载流子浓度随温度升高而过高，导致关态电流变大，从而使得开关比降低，高载流子浓度也使得阈值电压负移至1V以下，使得ZnO薄膜晶体管商业应用时不够稳定。因此温度过低或过高制备ZnO薄膜晶体管都无法有效地驱动Micro-LED。
同时，对生长温度的研究中发现，相对于20℃～130℃仅能提高到45.4cm2V-1s-1，当温度在130℃～145℃时，其又能更进一步地提升迁移率，达到69.2cm2V-1s-1。
基于上述对温度的考察，结合对比例D3和实施例S10～S19，发明人进一步地研究发现，当将沟道长度控制在100nm～2μm时，ZnO薄膜晶体管性能保持高水平且利于商用。当沟道尺寸下降至100nm以下时，由电荷共享模型可知，有效沟道长度短于实际沟道长度使得开启ZnO薄膜晶体管所需的电荷量大幅减小，阈值电压负移至1V以下，并且由于退化的亚阈值摆幅从而导致ZnO薄膜晶体管在满足商业要求方面存在一定困难；当沟道尺寸上升至2μm以上时，ZnO薄膜晶体管阈值电压增大，在上述生长温度下，也能够提高迁移率，比如实施例S17中可以得到75.8cm2V-1s-1，而当沟道长度超过3μm时，阈值电压大于2V，同样不满足商业应用。
同时，对沟道长度的研究中发现，沟道长度在100nm～2μm时利用合适的温度生长薄膜可以使得ZnO薄膜晶体管的迁移率、亚阈值摆幅及开关比保持高水平，且阈值电压在1～2V之间。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
在真空、惰性气体保护条件下，于第一温度下，在导电衬底(1)上依次沉积栅绝缘层(2)和ZnO沟道层(3)；
对所述ZnO沟道层(3)进行光刻，以形成ZnO沟道结构(4)，得到第一结构；
对第一结构进行光刻，并依次蒸镀金属附着层(5)和金属覆盖层(6)，以形成源漏双层电极(7)，得到短沟道ZnO薄膜晶体管，所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为2nm～3μm。
2.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道长度L为100nm～2μm。
3.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
所述金属附着层(5)采用Ti、Mo、Al、Zn和Sn中的一种或多种；
和/或，所述金属覆盖层(6)采用Cu、Ag和Au中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
所述金属附着层(5)厚度为2nm～100nm；
和/或，所述金属覆盖层(6)厚度为2nm～150nm。
5.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：
所述短沟道ZnO薄膜晶体管的沟道宽度W为2nm～3μm；
和/或，所述ZnO沟道层(3)的厚度为2nm～50nm。
6.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述第一温度为20℃～145℃。
7.如权利要求6所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述第一温度为130℃～145℃。
8.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述栅绝缘层(2)的厚度为2nm～60nm。
9.如权利要求1所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述栅绝缘层(2)为Al2O3、HfO2、SiO2、ZrO2、Ta2O5、La2O3和TiO2中的一种。
10.一种短沟道ZnO薄膜晶体管，其特征在于：其采用如权利要求1至9任一所述的短沟道ZnO薄膜晶体管的制备方法制备而成。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2021
- 2021-06-21 CN CN202110687353.3A patent/CN113506831A/zh active Pending
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