CN114038916A - 绝缘薄膜及其薄膜晶体管以及用途 - Google Patents
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Abstract
一种绝缘薄膜、具有该绝缘薄膜的晶体管及其用途以及提高薄膜晶体管光稳定性的方法。绝缘薄膜，含有正四价镨和正四价铽中的至少一种，还含有氧、硫、硒、氮、磷、氟、氯、溴、碘和硼中的至少一种。薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层中含有该绝缘薄膜。该绝缘薄膜具有吸收蓝光并下转换成红光或无辐射跃迁的能力，从而大幅改善薄膜晶体管的光稳定性；同时因为光在绝缘薄膜所在的层内被下转换，不会影响到半导体沟道层内的载流子输。具有该绝缘薄膜的晶体管光稳定性好，器件的迁移率高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种绝缘薄膜、具有该绝缘薄膜的薄膜晶体管、以及绝缘薄膜在降低光照对薄膜晶体管稳定性影响方面的用途、提高薄膜晶体管光稳定性的方法。
背景技术
近年来，在平板显示尤其是在有机电致发光二极管(OLED)显示领域，基于氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)越来越受到重视。作为显示器件核心部件的薄膜晶体管，在显示领域的应用中，其不可避免地会受到光的照射。例如：在液晶显示中，薄膜晶体管的沟道会受到背光的照射；而在OLED显示中，薄膜晶体管的沟道会受到OLED自发光的影响。无论是背光源还是OLED自发光，其发光都在可见光范围内，光子能量最大的是蓝光发光。而氧化物半导体(如IZO、IGZO等)对蓝光特别敏感，因为蓝光会使氧化物半导体的氧空位电离，并释放电子进入导带参与导电，进而使阈值电压负漂，引起显示画面的劣化。因此，改善在负偏压光照应力(NBIS)下的阈值电压稳定性氧化物薄膜晶体管器件在实际应用中必须克服的难题。
现有技术中，通过增加黑矩阵，对薄膜晶体管的有源层进行遮光处理可以在一定程度下改善光稳定性。但是，该方式增加遮光工艺，也即增加了制备的复杂程度，造成制造成本的提高。
现有技术中，对改善在负偏压光照应力(NBIS)下的阈值电压稳定性氧化物薄膜晶体管器件的研究，主要集中在针对沟道层的半导体材料改性。
非专利文件1(APL Mater.2019,7,022501；doi:10.1063/1.5053762)公开了一种GaZnO半导体材料，通过展宽带隙的方法来提高光稳定性，但是这种材料的Ga和Zn的离子半径都比较小，其相邻4s轨道不交叠，在非晶状态下会严重影响电子的传输，从而使迁移率大幅降低。
中国专利申请，CN201710229199.9公开了一种掺稀土氧化物的氧化物半导体薄膜，能提高光稳定性，但是在半导体沟道层中直接掺杂稀土元素会引入缺陷、破坏晶格，从而影响迁移率。
因此，针对现有技术不足，提供一种绝缘薄膜、具有该绝缘薄膜的薄膜晶体管、以及绝缘薄膜在降低光照对薄膜晶体管稳定性影响方面的用途、提高薄膜晶体管光稳定性的方法，以改善薄膜晶体管光照稳定性甚为必要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种绝缘薄膜，该绝缘薄膜具有吸收蓝光并下转换成红光或无辐射跃迁的能力，从而大幅改善薄膜晶体管的光稳定性；同时因为光在绝缘薄膜所在的层内被下转换，不会影响到半导体沟道层内的载流子输。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现。
提供一种绝缘薄膜，含有正四价镨和正四价铽中的至少一种。正四价镨和正四价铽能吸收蓝光而进行电荷转移跃迁。电荷转移跃迁吸收是宽谱吸收，吸收强度大，因此能够将LED光中的整个蓝光部分吸收。吸收光后，电子会通过释放红光或无辐射跃迁的形式回到基态。需要说明的是，此绝缘薄膜必须含有正四价镨和正四价铽中的至少一种，此外，可以但不是必须含有其它价态的镨和铽。
优选的，上述绝缘薄膜，用于吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态。
优选的，上述绝缘薄膜为1nm-10μm。
优选的，上述绝缘薄膜，可用于作为薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层的绝缘薄膜。使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。需要说明的是，作为绝缘性功能层的绝缘薄膜，可以是绝缘薄膜设置于所述绝缘性功能层内，如以叠层方式设置于绝缘性功能层的薄膜内，或者以元素掺杂方式直接掺杂于绝缘性功能层；也可以是设置于绝缘性功能层上方，或者设置于绝缘性功能层下方等方式存在。
优选的，上述绝缘薄膜，还含有氧、硫、硒、氮、磷、氟、氯、溴、碘和硼中的至少一种，这些阴离子与正四价镨和正四价铽结合形成化合物。
更优选的，上述绝缘薄膜含有硫、硒、氮、磷和硼中的至少一种。这些阴离子具有比氧更低的电负性，因此，它们能与镨或铽形成电子云扩大效应，吸收红移，能够吸收更多的蓝光甚至能够吸收绿光，因此可以进一步提高光稳定性。
优选的，上述绝缘薄膜，含有铝、硅、钛、锆、铪、钽、钪、钇中的至少一种，即正四价镨或正四价铽可以掺入其它绝缘薄膜中。
优选的，上述绝缘薄膜，可以采用真空法制备，包括但不仅限于溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、原子层沉积。
另一优选的，上述绝缘薄膜，采用溶液法制备，包括但不仅限于旋涂、印刷、滴涂、刮涂。
该绝缘薄膜具有吸收蓝光并下转换成红光或无辐射跃迁的能力，从而能够用于薄膜晶体管中，以大幅改善薄膜晶体管的光稳定性。用于作为薄膜晶体管沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层的绝缘薄膜，光在绝缘薄膜所在的功能层处被下转换，不会影响到半导体沟道层内的载流子传输，使器件的迁移率高。
本发明的第二个目的，在于提供一种薄膜晶体管，具有光稳定性好、器件迁移率高的特点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜。需要说明的是，绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜，可以是绝缘薄膜设置于所述绝缘性功能层内，如以叠层方式设置于绝缘性功能层的薄膜内，或者以元素掺杂方式直接掺杂于绝缘性功能层；也可以是设置于绝缘性功能层上方，或者设置于绝缘性功能层下方等方式存在。
优选的，薄膜晶体管是底栅结构，绝缘性功能层为钝化层、刻蚀阻挡层、缓冲层或者平坦层中的至少一种；或者
另一优选的，薄膜晶体管为顶栅结构，绝缘性功能层为衬底或者阻隔层中的至少一种。
需要说明的是，所述绝缘薄膜可以单独替代上述功能层中的一种或以上，也可以和其它绝缘薄膜形成两层或以上的复合薄膜替代上述功能层中的一种或以上。
该薄膜晶体管，薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜。绝缘薄膜具有吸收蓝光并下转换成红光或无辐射跃迁的能力，光在绝缘薄膜所在的绝缘性功能层内被下转换，不会影响到半导体沟道层内的载流子传输，故，薄膜晶体管的光稳定性好、器件的迁移率高。
本发明的第三个目的在于提供绝缘薄膜在降低光照对薄膜晶体管稳定性影响方面的用途，薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜，在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。使得薄膜晶体管的光稳定性好、器件的迁移率高。
本发明的第四个目的是提供一种提高薄膜晶体管光稳定性的方法，通过在薄膜晶体管沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜；在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。使得薄膜晶体管的光稳定性好、器件的迁移率高。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是Pr4+、Tb4+的吸收光谱特性。
图2是采用450nm蓝光作为激发光，Pr4+和Tb4+的光致发光光谱。
图3是本发明一种薄膜晶体管的结构示意图。
图4是本发明实施例4的薄膜晶体管的转移特性曲线测试结果。
图5是对与实施例4相同条件制备的不含钝化层的薄膜晶体管进行测试得到的转移特性曲线测试结果。
图6是本发明实施例5的薄膜晶体管的转移特性曲线测试结果。
图7是本发明实施例6的底栅顶接触结构的TFT器件结构示意图。
图8是本发明实施例6的薄膜晶体管的转移特性曲线测试结果。
图9是对与实施例6相同条件制备的刻蚀阻挡层的材料为AlOx的薄膜晶体管进行测试得到的转移特性曲线测试结果。
图10是本发明实施例7的薄膜晶体管的转移特性曲线测试结果。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明做进一步描述。
实施例1。
一种绝缘薄膜，含有正四价镨和正四价铽中的至少一种，厚度为1nm-10μm。该绝缘薄膜可以是单层薄膜，也可以和其它绝缘薄膜任意顺序叠加形成两层或多层绝缘薄膜。
正四价镨、正四价铽均能吸收蓝光而进行电荷转移跃迁。电荷转移跃迁吸收是宽谱吸收，吸收强度大，因此能够将LED光中的整个蓝光部分吸收。吸收光后，电子会通过释放红光或无辐射跃迁的形式回到基态。需要说明的是，此绝缘薄膜必须含有正四价镨和正四价铽中的至少一种，此外，可以但不是必须含有其它价态的镨和铽。
该绝缘薄膜，可含有氧、硫、硒、氮、磷、氟、氯、溴、碘和硼中的至少一种，这些阴离子与正四价镨和正四价铽结合形成化合物。
优选含有硫、硒、氮、磷和硼中的至少一种。这些阴离子具有比氧更低的电负性，因此，它们能与镨或铽形成电子云扩大效应，吸收红移，能够吸收更多的蓝光甚至能够吸收绿光，因此可以进一步提高光稳定性。
该绝缘薄膜，可以采用真空法制备，包括但不仅限于溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、原子层沉积。也可以采用溶液法制备，包括但不仅限于旋涂、印刷、滴涂、刮涂。
该绝缘薄膜，由于可以通过正四价镨、正四价铽吸收蓝光而进行电荷转移跃迁，可用于作为薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置的绝缘薄膜。需要说明的是，绝缘性功能层设置有上述的绝缘薄膜，可以是绝缘薄膜设置于所述绝缘性功能层内，如以叠层方式设置于绝缘性功能层的薄膜内，或者以元素掺杂方式直接掺杂于绝缘性功能层；也可以是设置于绝缘性功能层上方，或者设置于绝缘性功能层下方等方式存在。当存在光照时，该绝缘薄膜可将光照中能量最强的蓝光吸收并下转化成红光或者无辐射跃迁，这样，光照在在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处就被下转换，不会到达半导体沟道层内，从而不会影响到半导体沟道层内的载流子传输。这样使得薄膜晶体管的光稳定性好，器件的迁移率也能保持较高的数值。
图1显示出了Pr4+、Tb4+的吸收光谱特性结果，可以看出，Pr4+可以吸收从300-600nm的宽谱光，宽谱吸收是电荷转移跃迁的重要特征；而Pr3+只有线状的窄谱吸收，属于f-f跃迁，无法满足LED蓝光的宽光谱吸收要求。
Tb4+可以吸收从300-600nm的宽谱光，宽谱吸收是电荷转移跃迁的重要特征；而Tb3 +只在紫外区域有线状的窄谱吸收，属于f-f跃迁，无法满足LED蓝光的宽光谱吸收要求。
图2中显示了采用450nm蓝光作为激发光，Pr4+和Tb4+的光致发光光谱。可以看出，Pr4+用450nm的蓝光激发后会辐射出红光；而Tb4+用450nm的蓝光激发后会辐射出微弱的红光，说明大部分被下转换成无辐射跃迁的形式。
本发明提供的绝缘薄膜在降低光照对薄膜晶体管稳定性影响方面的用途，设置于薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层，在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。使得薄膜晶体管的光稳定性好、器件的迁移率高。
实施例2。
一种绝缘薄膜，其它特征与实施例1相同，不同之处在于，本实施例的绝缘薄膜是采用将正四价镨或正四价铽掺入其它绝缘薄膜所形成的。该绝缘薄膜含有铝、硅、钛、锆、铪、钽、钪、钇中的至少一种，即正四价镨或正四价铽掺入其它绝缘薄膜中。
该绝缘薄膜，由于可以通过正四价镨、正四价铽吸收蓝光而进行电荷转移跃迁，可作为薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层的绝缘薄膜。当存在光照时，该绝缘薄膜可将光照中能量最强的蓝光吸收并下转化成红光或者无辐射跃迁，这样，光照在在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层中就被下转换，不会到达半导体沟道层内，从而不会影响到半导体沟道层内的载流子传输。这样使得薄膜晶体管的光稳定性好，器件的迁移率也能保持较高的数值。
实施例3。
本实施例的薄膜晶体管的器件结构为底栅顶接触结构，如图3所示，设置有：基板10、位于基板10之上的栅极11、位于基板10和栅极11之上的栅绝缘层12、覆盖在栅绝缘层12上表面且位于栅极11上方的沟道层13、相互间隔并与沟道层13的两端电性相连的源极14和漏极15、以及钝化层16。
基板10可以为玻璃、柔性聚合物衬底、硅片、金属箔片、石英等衬底材料中的一种，还可以进一步包括覆盖在衬底上面的缓冲层或水氧阻隔层等。
栅极11的材料可以是导电材料，如金属、合金、导电金属氧化物、掺杂硅、导电聚合物等，或是由以上材料的任意组合构成的两层及以上的薄膜的叠加。
栅绝缘层12可以是用于半导体装置的绝缘材料，如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化铝合金、氧化镱、氧化钛、氧化铪、氧化钽、氧化锆、聚合物绝缘材料、光刻胶等构成的单层薄膜，或是由以上材料的任意组合构成的两层及以上的薄膜的叠加。
沟道层13的材料是氧化物半导体材料，含有In、Ga、Zn、Sn、Cd五种元素中的一种及以上，如InGaZnO或IZO等；可以进一步掺入IIA组元素、IIIB组元素、IVB组元素、VB组元素以及W、Al、B中的一种及以上元素。沟道层可以是单层薄膜，也可以是两层及以上的薄膜的叠加。
源极14以及漏极15的材料可以是导电材料，如金属、合金、导电金属氧化物、导电聚合物等的单层薄膜，或是由以上材料的任意组合构成的两层及以上的薄膜的叠加。
钝化层16为含有正四价镨和正四价铽中的至少一种的绝缘薄膜。可以是单层薄膜，也可以是和其它绝缘薄膜以任意顺序叠加所形成的两层或多层绝缘薄膜。
该薄膜晶体管可通过如下方法制备：
(1)通过物理气相沉积的方法制备厚度为100～500nm的一层或多层导电薄膜，通过遮挡掩模或光刻的方法图形化，得到栅极11。
(2)再通过旋涂、滴涂、打印、阳极氧化、热氧化、物理气相沉积、或化学气相沉积法制备，厚度为100～1000nm，通过遮挡掩模或光刻的方法图形化得到栅绝缘层12。
(3)沟道层13通过真空法或溶液法制备，厚度为3-200nm，通过遮挡掩模或光刻的方法进行图形化。
(4)采用真空法或溶液法制备一层或多层导电薄膜，厚度为100～1000nm，采用遮挡掩模或光刻的方法图形化同时得到源极14和漏极15。
(5)钝化层16采用真空法或溶液法制备，厚度为2nm-10μm，通过遮挡掩模或光刻的方法图形化。可以是单层薄膜，也可以和其它绝缘薄膜任意顺序叠加形成两层或多层绝缘薄膜，叠层薄膜可以同时图形化。如果是叠层薄膜，与沟道层13接触的那层薄膜也可以称为缓冲层。
本实施例的薄膜晶体管的钝化层16为含有正四价镨和正四价铽中的至少一种的绝缘薄膜，正四价镨和正四价铽能吸收蓝光而进行电荷转移跃迁。电荷转移跃迁吸收是宽谱吸收，吸收强度大，因此能够将LED光中的整个蓝光部分吸收。吸收光后，电子会通过释放红光或无辐射跃迁的形式回到基态。这样，在蓝光进入半导体沟道层13之前就被下转换，因此能够提高光稳定性而又不影响迁移率。
需要说明的是，本实施例中的薄膜晶体管其钝化层含有上述绝缘薄膜。还可以在薄膜晶体管的刻蚀阻挡层、缓冲层和平坦层中的至少一种功能层设置实施例1或2的绝缘薄膜。需要说明的是，绝缘性功能层设置有绝缘薄膜，可以是绝缘薄膜设置于所述绝缘性功能层内，如以叠层方式设置于绝缘性功能层的薄膜内，或者以元素掺杂方式直接掺杂于绝缘性功能层；也可以是设置于绝缘性功能层上方，或者设置于绝缘性功能层下方等方式存在。
当薄膜晶体管为顶栅结构时，绝缘性功能层为衬底或者阻隔层中的至少一种。绝缘薄膜可直接设置于衬底之上或之下、或衬底上的阻隔层之上或者之下、或者直接作为阻隔层。
需要说明的是，所述绝缘薄膜可以单独替代上述功能层中的一种或以上，也可以和其它绝缘薄膜形成两层或以上的复合薄膜替代上述功能层中的一种或以上。
本发明的提高薄膜晶体管光稳定性的方法，通过在薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置绝缘薄膜；在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光的过程中释放红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。使得薄膜晶体管的光稳定性好、器件的迁移率高。
研究发现氧化物半导体(如IZO、IGZO等)对蓝光特别敏感，因为蓝光会使氧化物半导体的氧空位电离，并释放电子进入导带参与导电，进而使阈值电压负漂，引起显示画面的劣化；而氧化物半导体对绿光、红光不敏感，在绿光或红光照射下比较稳定。
本发明相对现有技术中对氧化物半导体(如IZO、IGZO等)沟道层材料性能进行改进的方向，另辟蹊径，采用将四价镨或者正四价铽离子掺入钝化层、缓冲层、刻蚀阻挡层、平坦层等绝缘性的功能层中，使得光在进入半导体沟道层之前就被下转化，这样，光不会对半导体沟道层造成影响，既能提高光稳定性又不影响器件的迁移率。
实施例4。
以一具体实例对本发明作进一步说明。
本实施例的TFT的器件结构也是底栅顶接触结构，如图3所示，设置有：基板10、位于基板10之上的栅极11、位于基板10和栅极11之上的栅绝缘层12、覆盖在栅绝缘层12上表面且在栅极11上方的沟道层13、相互间隔并与沟道层13的两端电性相连的源极14和漏极15、以及钝化层16。
基板10为玻璃(也可以为包含有阻隔层的玻璃)，在基板10上通过溅射形成一层厚度为300nm的Al:Nd(铝钕合金)膜，通过涂覆光刻胶、曝光、显影等工艺形成栅极11。
用阳极氧化的方法在Al:Nd表面形成一层厚度为140nm的栅极氧化层氧化铝钕(Al2O3:Nd)作为栅绝缘层12。
InGaO(Ga2O3:In2O3＝20:80wt.％)靶材安装在溅射仪的靶位上，通过溅射的方法在形成有栅绝缘层12的基板10上制备一层20nm厚的InGaO薄膜。采用涂覆光刻胶、曝光、显影等步骤形成沟道层13。
采用溅射的方法在形成有沟道层13的基板10上制备一层厚度为240nm的InSnO(ITO)导电薄膜，并通过遮挡掩模工艺形成源极14和漏极15。
采用旋涂的方法在形成有源极14和漏极15的基板10上制备一层厚度为20nm的TbOx绝缘薄膜作为钝化层16。钝化层16的具体制备条件如下：首先将Tb(NO)x水合物溶解于去离子水中，搅拌12h，制得所需的前驱体溶液，然后用匀胶机将其旋涂至形成有源极14和漏极15的基板10上，经过120℃烘干5min后再经过300℃退火1h形成钝化层16。经过元素分析发现，TbOx绝缘薄膜中同时含有正三价和正四价的铽，退火温度越高，正四价的铽的含量越多。
对以上获得的TFT的转移特性曲线进行测试，测试条件为NBIS条件，采用LED白光照射(照度为750Lux)，栅偏压为-30V，测试时间分别对应距离栅偏压的施加时间0s、100s、600s、1200s和3600s的时间，测试结果如图4所示。为了对比，同时测试了相同条件制备的不含钝化层16的TFT器件的NBIS稳定性，测试结果如图5所示。
由图4和图5比较可知，不含钝化层16的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)为18.2V/小时，而含有TbOx钝化层的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)为3.8V/小时。可见用TbOx钝化后，TFT器件的光稳定性得到大幅提升，且器件的电子迁移率高。
实施例5。
以一具体实例对本发明作进一步说明。
本实施例的薄膜晶体管结和制备方法的其它特征与实施例4相同，不同之处在于：钝化层16的材料为AlPrOx，采用旋涂的方法在形成有源极14和漏极15的基板10上制备一层厚度为50nm的AlPrOx绝缘薄膜作为钝化层16。具体制备条件如下：首先将Al(NO)3和Pr(NO)x水合物按1：1溶解于去离子水中，搅拌12h，制得所需的前驱体溶液，然后用匀胶机将其旋涂至形成有源极14和漏极15的基板10上，经过120℃烘干5min后再经过350℃退火1h形成钝化层16。经过元素分析发现，AlPrOx绝缘薄膜中同时含有正三价和正四价的镨以及正三价的铝，退火温度越高，正四价的镨的含量越多。
对以上获得的TFT的转移特性曲线进行测试，测试条件为NBIS条件，采用LED白光照射(照度为750Lux)，栅偏压为-30V，测试时间分别对应距离栅偏压的施加时间0s、100s、600s、1200s和3600s的时间，测试结果如图6所示。可以发现，含有AlPrOx钝化层的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)为8.2V/小时，比不含钝化层16的器件的光稳定性明显提升，且器件的电子迁移率高。
实施例6。
以一具体实例对本发明作进一步说明。
本实施例的TFT的器件结构为底栅顶接触结构，如图7所示，设置有：基板10、位于基板10之上的栅极11、位于基板10和栅极11之上的栅绝缘层12、覆盖在栅绝缘层12上表面且在栅极11上方的沟道层13、覆盖在沟道层上方的刻蚀阻挡层17，相互间隔并与沟道层13和刻蚀阻挡层14的两端电性相连的源极14和漏极15。
基板10为玻璃(含有水氧阻隔层)，在基板10上通过溅射制备Mo/Al/Mo电极，总厚度为400nm，通过涂覆光刻胶、曝光、显影等工艺形成栅极11。
用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)在形成有栅极11的基板10上制备SiNx/SiO2叠层薄膜作为栅绝缘层12，总厚度为320nm。
InGaZnO(In：Ga：Zn＝1：1：2原子比)靶材安装在溅射仪的靶位上，通过溅射的方法在形成有栅绝缘层12的基板10上制备一层40nm厚的InGaZnO薄膜。采用涂覆光刻胶、曝光、显影等步骤形成沟道层13。
采用溅射的方法在形成有沟道层13的基板10上制备一层厚度为100nm的AlTbOx薄膜(Al：Tb＝4：1)，通过干法刻蚀图形化，形成刻蚀阻挡层17。
采用溅射的方法在形成有刻蚀阻挡层17的基板10上制备Mo/Al/Mo电极，总厚度为600nm，，采用涂覆光刻胶、曝光、显影等步骤形成源极14和漏极15。
器件制备好后，经过350℃在大气下退火1h。
经过元素分析发现，AlTbOx绝缘薄膜中只含有正四价的铽和正三价的铝。对以上获得的TFT的转移特性曲线进行测试，测试条件为NBIS条件，采用LED白光照射(照度为750Lux)，栅偏压为-30V，测试时间分别对应距离栅偏压的施加时间0s、100s、600s、1200s和3600s的时间，测试结果如图8所示。
为了对比，同时制备了刻蚀阻挡层17的材料为AlOx(不含Tb)的TFT器件，所有制备条件均相同。测试结果如图9所示。
由图8和图9比较可知，采用AlOx作为刻蚀阻挡层17的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)为6.2V/小时，而采用AlTbOx作为刻蚀阻挡层17的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)为2.8V/小时。可见用掺入Tb后，TFT器件的光稳定性得到大幅提升。同时，刻蚀阻挡层中含有正四价铽不会影响到沟道层的电子输运，器件的电子迁移率仍然保持较高。
实施例7。
以一具体实例对本发明作进一步说明。
本实施例的薄膜晶体管结和制备方法的其它特征与实施例3相同，不同之处在于：钝化层16为TbOx/SiO2叠层结构。TbOx在下层，与沟道层接触，SiO2在上层；它们分别采用反应溅射和PECVD的方法制备，厚度分别为200nm和1μm。
经过元素分析发现，TbOx绝缘薄膜中同时含有正三价和正四价的铽，退火温度越高，正四价的铽的含量越多。对以上获得的TFT的转移特性曲线进行测试，测试条件为NBIS条件，采用LED白光照射(照度为750Lux)，栅偏压为-30V，测试时间分别对应距离栅偏压的施加时间0s、100s、600s、1200s和3600s的时间，测试结果如图10所示。采用TbOx/SiO2叠层结构作为钝化层16的TFT在NBIS下的阈值电压漂移量(ΔVth)仅为0.8V/小时，其光稳定性得到大幅提升。迁移率高达45.2cm2/Vs，而直接再沟道层中掺杂TbOx的TFT器件迁移率仅为17.2cm2/Vs，说明钝化层中含有稀土离子不会影响到沟道层的电子输运。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种绝缘薄膜，其特征在于：含有正四价镨和正四价铽中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的绝缘薄膜，其特征在于：用于吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态。
3.根据权利要求2所述的绝缘薄膜，其特征在于：用于作为薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层的绝缘薄膜。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的绝缘薄膜，其特征在于：还含有氧、硫、硒、氮、磷、氟、氯、溴、碘和硼中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的绝缘薄膜，其特征在于：含有硫、硒、氮、磷和硼中的至少一种。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的绝缘薄膜，其特征在于：含有铝、硅、钛、锆、铪、钽、钪、钇中的至少一种。
7.一种薄膜晶体管，其特征在于：薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置有如权利要求1至6任意一项所述的绝缘薄膜。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于：
薄膜晶体管是底栅结构，绝缘性功能层为钝化层、刻蚀阻挡层、缓冲层或者平坦层中的至少一种；或者
薄膜晶体管为顶栅结构，绝缘性功能层为衬底或者阻隔层中的至少一种。
9.如权利要求1至6任意一项所述的绝缘薄膜在降低光照对薄膜晶体管稳定性影响方面的用途，其特征在于：绝缘薄膜设置于薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层，在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。
10.一种提高薄膜晶体管光稳定性的方法，其特征在于：通过在薄膜晶体管的沟道层与LED背光之间任意的至少一种绝缘性功能层设置如权利要求1至6任意一项所述的绝缘薄膜；在光照情况下，四价镨或者正四价铽中的至少一种吸收蓝光，且电子在吸收蓝光之后将蓝光下转换，释放出红光或者以无辐射跃迁的形式回到基态，使得光照在设置有绝缘薄膜的绝缘性功能层处被下转换，不影响到半导体沟道层内的载流子传输。
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