CN113517225A - 基于全n型tft中心频率可调的带通放大电路制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，该方法将沉积在衬底上的栅极金属图案化，再在衬底及栅极上沉积一层半导体材料并图案化，在有源层上沉积源漏极金属层，使用银墨水选通需要的电路各元件；采用该方法的电路易于制备、低成本、可放大微弱信号、电路可变性强、电路透明等优势，由于电路每个器件可选择，同面包板电路一样，故可以极大的降低电路成本，增大电路可变性。

Description

基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法。
背景技术
薄膜晶体管(TFTs)和场效应晶体管(FETs)是构建功能电子电路和探索传输物理学的基本单元。传统放大电路是硅基场效应晶体管，由于电路有两种不同的有源层，所以工艺复杂与高成本限制了平板电路的进一步实验性。在平板差分放大电路中，电路的对称性会极大影响到电路的共模抑制比，而实验室环境下很难做出高度对称的放大电路。
随着对柔性电路需求的日益增高，新型的单一有源层放大电路被报道，这种柔性电路主要基于有机薄膜晶体管，主要用于生物医疗领域，而有机薄膜晶体管往往寿命较短成本较高且对封装要求高。为了测试带通滤波器中心频率的影响因素，需要很多掩模版，成本巨大。
发明内容
本发明提供一种低成本的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，该带通放大电路包括：驱动管、负载管、电容、栅漏短接的电阻管、阻值可调的源极负载管、金属线与打印的银墨水滴，包括以下步骤：
S1：将沉积在衬底上的栅极材料图案化，形成底栅与电容金属底极板；
S2：在整面样品表面相沉积介电层同时也是平板电容绝缘层并图形化；
S3：在介电层上直流磁控溅射有源层，在有源层上沉积源漏金属层；
S4：使用银墨水选通需要的电路各元件。
进一步地，所述步骤S1的具体过程是：
采用玻璃衬底在丙酮、乙醇、水中清洗，氮气吹干；通过DC溅射在衬底及沉积一层金属钼栅电极；对钼薄膜进行光刻和蚀刻，得到图案化的钼薄膜。
进一步地，所述步骤S2的具体过程是：
在衬底及栅极上PECVD沉积绝缘层，设置绝缘层为每层为二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构。
进一步地，所述步骤S3的具体过程是：
使用DC溅射方法在衬底及栅极上沉积IGZO，在光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，对涂布了图案化的所述光刻胶薄膜的IGZO薄膜进行蚀刻，涂布光刻胶是整面性光刻胶涂布，未固化部分的光刻胶将被显影液去除，并且蚀刻液会继续蚀刻下方的IGZO薄膜，已经固化的光刻胶将不会被蚀刻液蚀刻或者显影液去除，并且已固化的光刻胶将会保护下方的IGZO薄膜不被蚀刻，具体的，将此时的玻璃基板置入蚀刻机台，采用稀盐酸蚀刻液进行蚀刻；光刻露出需要打孔的位置，反应离子刻蚀除去绝缘层；光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，磁控溅射金属钼，使用丙酮超声剥离，金属钼会随着光刻胶一同脱落，只留下所需的源漏电极与电容的顶极板。
进一步地，所述步骤S4的具体过程是：
使用SonoPlot直写设备对电路单管与电容进行选通；测量每个驱动管的输入、输出特性曲线，从四个驱动管中选择两个进行选通，分别输入不同频率的正弦信号，测量输出信号，观察电路对不同频率信号的增益。
优选地，通过DC溅射在衬底沉积一层厚度为80～100nm金属钼栅电极；所述绝缘层厚度均为300nm；设置绝缘层为每层均为100nm二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构；IGZO薄膜的厚度范围为45nm～80nm；分别输入不同频率下直流偏置为5V，峰峰值为20mv的正弦信号，测量输出信号。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过采用全N型薄膜晶体管构成的频率与增益可调的放大电路具有易于制备、低成本、可放大微弱信号、电路可变性强、电路透明等优势，由于电路每个器件可选择，同面包板电路一样，故可以极大的降低电路成本，增大电路可变性。驱动管的漏极负载采用交流耦合的形式，栅漏短接的电阻管阻值可达100MΩ，大电阻可使电路无需大面积去制备大电容，当平板电容的金属极板为金属钼，介电层为每层均为100nm二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构得到的电容为0.14nf/mm2。当采用交流耦合负载时，极大的提高了对频率的选择特性，对1hz的与人类心率类似的低频弱生物电信号的放大倍数达到了20.3dB，而对高频信号增益均小于10dB，并且可放大20mV的微小信号，这对可穿戴式电路测量心电图研究有重要意义，当使用心电图信号R波峰值为1mv混合有峰峰值1mv频率为100hz的共模信号时，电路仿真可得到最大80mv的心电信号。
附图说明
图1为本发明方法制作的带通放大电路图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
本发明提供一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，带通放大电路包括大宽长比的驱动管、小宽长比的负载管、电容、栅漏短接的电阻管组成的交流耦合负载、阻值可调的源极负载管、金属线与打印的银墨水滴组成，如图1所示。
本实施例中，有源层是非简并半导体材料为InGaZnO，只要材料具有半导体特性并与电极功函数匹配即可。
栅、源、漏电极为Mo、Al中的一种，还可以为ITO等导电材料，根据半导体材料功函数选择合适的栅、源、漏电极。
本实施例中，将沉积在衬底上的栅极金属图案化，再在衬底及栅极上沉积一层半导体材料并图案化，在有源层上沉积源漏极金属层，使用银墨水选通需要的电路各元件。
方法包括有以下步骤：
S1：玻璃衬底在丙酮、乙醇、水中清洗，氮气吹干；
S2：通过DC溅射在衬底沉积一层厚度为80～100nm金属钼栅电极；对初始化的所述钼薄膜进行光刻和蚀刻，得到图案化的所述钼薄膜；
在一种可选的实施方式中，设置钼薄膜的厚度为40nm；
在一种可选的实施方式中，设置钼薄膜的厚度为80nm，优选80nm的厚度的钼薄膜，退火时栅极金属损耗不会太大，又不过多增加整体器件的厚度；
在一种可选的实施方式中，设置钼薄膜的厚度为100nm；
S3：在衬底及栅极上PECVD沉积所述绝缘层，所述绝缘层厚度均为300nm；
在一种可选的实施方式中，设置绝缘层的厚度为300nm的氮化硅；
在一种可选的实施方式中，设置绝缘层为每层均为100nm二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构，优选该夹层结构，刻蚀时时间不会太久且绝缘层致密性好，不会漏电。
S4：使用DC溅射方法在衬底及栅极上沉积IGZO，在所述的光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，对涂布了图案化的所述光刻胶薄膜的IGZO薄膜进行蚀刻，涂布光刻胶是整面性光刻胶涂布，未固化部分的光刻胶将被显影液去除，并且蚀刻液会继续蚀刻下方的IGZO薄膜，已经固化的光刻胶将不会被蚀刻液蚀刻或者显影液去除，并且已固化的光刻胶将会保护下方的IGZO薄膜不被蚀刻，具体的，将此时的玻璃基板置入蚀刻机台，采用稀盐酸蚀刻液进行蚀刻，IGZO薄膜的厚度范围为45nm～80nm；在一种可选的实施方式中，IGZO薄膜的厚度为0.03um，PI薄膜的厚度为1um；
在一种可选的实施方法中，IGZO薄膜的厚度为45nm
在一种可选的实施方式中，IGZO薄膜的厚度为80nm
在一种可选的实施方式中，IGZO薄膜的厚度为65nm；IGZO薄膜厚度优选65nm，当IGZO薄膜厚度为65nm时，有源层中载流子数目足够以保证足够的开关特性，且开启电压不会负偏。
S5：光刻露出需要打孔的位置，反应离子刻蚀除去绝缘层。
S6：在所述的光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，磁控溅射80～100nm的金属钼，使用丙酮超声剥离，金属钼会随着光刻胶一同脱落，只留下所需的源漏电极与电容的顶极板。至此，单个器件全部制备完成。
S7：使用SonoPlot直写设备对电路单管与电容进行选通。测量每个驱动管的输入、输出特性曲线，从四个驱动管中选择两个进行选通，分别输入不同频率下直流偏置为5V,峰峰值为20mv的正弦信号，测量输出信号，观察电路对不同频率信号的增益。
实施例2：
本实施例提供另一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，包括有以下步骤：
S1：玻璃衬底在丙酮、乙醇、水中清洗，氮气吹干；
S2：通过DC溅射在衬底及沉积一层厚度为80～100nm金属钼栅电极；对初始化的所述钼薄膜进行光刻和蚀刻，得到图案化的所述钼薄膜；在一种可选的实施方式中，设置钼薄膜的厚度为80nm，优选80nm的厚度的钼薄膜，退火时栅极金属损耗不会太大，又不过多增加整体器件的厚度；
S3：在衬底及栅极上PECVD沉积所述绝缘层，所述绝缘层厚度均为300nm；设置绝缘层层为每层均为100nm二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构。
S4：配置IGZO溶液，所选溶质分别为硝酸铟金属盐水合物、硝酸稼金属盐水合物、硝酸锌金属盐水合物。称量溶质，溶剂选择2-ME有机溶剂，分别以转速800rpm/min磁力搅拌2小时，以6：1：3的溶液比例混合金属，以转速800rpm/min磁力搅拌2小时，溶液静置24小时使用。
S5：样品经过600W紫外处理20分钟以增强样品亲水性，将大烧杯扣在盛有去离子水的小烧杯上，提前开启热板产生水蒸气，后先以加速度100rpm/s2至500rpm/s转5秒，再以加速度500rpm/s2至2000rpm/s转60秒
在一种可选的实施方法中，涂布的转速可以为800rpm/s
在一种可选的实施方法中，涂布的转速可以为3000rpm/s
在一种可选的实施方法中，涂布的转速可以为2000rpm/s；涂布的转速优选2000rpm/s，膜厚适中，单管的输出特性最优。110℃水汽氛围下退火5分钟后400℃空气氛围退火2小时。样品旋涂正性光刻胶曝光，使用正胶显影液显影，将此时的玻璃基板置入蚀刻机台，采用稀盐酸蚀刻液进行蚀刻。大量去离子水冲洗，丙酮去胶后对样品进行清洗。400℃下后烘2小时用来修复刻蚀的损伤。
S6：光刻露出需要打孔的位置，反应离子刻蚀除去绝缘层。
S7：光刻显影后不去胶，磁控溅射金属钼，使用丙酮超声剥离，金属钼会随着光刻胶一同脱落，只留下所需的源漏电极与电容的顶极板。至此，单个器件全部制备完成。
S9：使用SonoPlot直写设备对电路单管与电容进行选通。测量每个驱动管的输入、输出特性曲线，从四个驱动管中选择两个进行选通，分别输入不同频率下直流偏置为5V,峰峰值为20mv的正弦信号，测量输出信号，观察电路对不同频率信号的增益。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，该带通放大电路包括：驱动管、负载管、电容、栅漏短接的电阻管、阻值可调的源极负载管、金属线与打印的银墨水滴，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将沉积在衬底上的栅极材料图案化，形成底栅与电容金属底极板；
S2：在整面样品表面相沉积介电层同时也是平板电容绝缘层并图形化；
S3：在介电层上直流磁控溅射有源层，在有源层上沉积源漏金属层；
S4：使用银墨水选通需要的电路各元件。
2.根据权利要求1所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是：
采用玻璃衬底在丙酮、乙醇、水中清洗，氮气吹干；通过DC溅射在衬底及沉积一层金属钼栅电极；对钼薄膜进行光刻和蚀刻，得到图案化的钼薄膜。
3.根据权利要求2所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程是：
在衬底及栅极上PECVD沉积绝缘层，设置绝缘层为每层为二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构。
4.根据权利要求3所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是：
使用DC溅射方法在衬底及栅极上沉积IGZO，在光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，对涂布了图案化的所述光刻胶薄膜的IGZO薄膜进行蚀刻，涂布光刻胶是整面性光刻胶涂布，未固化部分的光刻胶将被显影液去除，并且蚀刻液会继续蚀刻下方的IGZO薄膜，已经固化的光刻胶将不会被蚀刻液蚀刻或者显影液去除，并且已固化的光刻胶将会保护下方的IGZO薄膜不被蚀刻，具体的，将此时的玻璃基板置入蚀刻机台，采用稀盐酸蚀刻液进行蚀刻；光刻露出需要打孔的位置，反应离子刻蚀除去绝缘层；光刻胶涂布机涂布光刻胶薄膜，透过铬板进行曝光，并通过显影液对未固化的光刻胶进行去除，得到图案化的所述图形化光刻胶薄膜，磁控溅射金属钼，使用丙酮超声剥离，金属钼会随着光刻胶一同脱落，只留下所需的源漏电极与电容的顶极板。
5.根据权利要求4所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，所述步骤S4的具体过程是：
使用SonoPlot直写设备对电路单管与电容进行选通；测量每个驱动管的输入、输出特性曲线，从四个驱动管中选择两个进行选通，分别输入不同频率的正弦信号，测量输出信号，观察电路对不同频率信号的增益。
6.根据权利要求5所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，通过DC溅射在衬底沉积一层厚度为80～100nm金属钼栅电极。
7.根据权利要求6所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，所述绝缘层厚度均为300nm。
8.根据权利要求7所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，设置绝缘层为每层均为100nm二氧化硅-氮化硅-二氧化硅的夹层结构。
9.根据权利要求8所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，IGZO薄膜的厚度范围为45nm～80nm。
10.根据权利要求9所述的基于全N型TFT中心频率可调的带通放大电路制作方法，其特征在于，分别输入不同频率下直流偏置为5V，峰峰值为20mv的正弦信号，测量输出信号。
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