CN1977388A - 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管 - Google Patents

通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管 Download PDF

Info

Publication number
CN1977388A
CN1977388A CNA2005800217050A CN200580021705A CN1977388A CN 1977388 A CN1977388 A CN 1977388A CN A2005800217050 A CNA2005800217050 A CN A2005800217050A CN 200580021705 A CN200580021705 A CN 200580021705A CN 1977388 A CN1977388 A CN 1977388A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductive
attribute
indium
cadmium
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2005800217050A
Other languages
English (en)
Inventor
M·P·J·皮特斯
D·M·d·李尤瓦
F·K·d·泰杰
Y·J·-R·西蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN1977388A publication Critical patent/CN1977388A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

本发明提供一种场效应晶体管以及通过在基板(480)上进行沉积来制造场效应晶体管的方法，该方法包括材料的湿法化学沉积，该材料反应形成半导电的材料。沉积的材料包括镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞。该湿法化学沉积可以通过化学浴沉积或喷雾热解完成。不需要真空沉积工艺。

Description

通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
本发明涉及场效应晶体管及其制造方法。
场效应晶体管，特别地，薄膜场效应晶体管(TFT)，在诸如显示器或存储技术的领域中具有广泛和有潜力的用途。
现有技术中，已经报道了多种制造薄膜晶体管的方法，例如，参看GB-A-2044994。
在“Epitaxial growth of cadmium sulphide layers on indiumphosphide from aqueous ammonia solutions”(D Lincot，R Ortega-Borges和M Froment，Appl.Phys.Lett.，64(5)，1995，569)一文中报道了使用化学沉积从镉氨硫脲水溶液在磷化铟单晶上外延生长硫化镉。该方法制备的材料可用于光电子应用。
US-A-4360542描述了一种制造光伏电池的方法，该方法中，通过镉胺硫氰酸根络合物的氨水溶液的热分解，在合适基板上沉积硫化镉薄膜。
已经报道了使用低温化学浴分解方法制造包含CdS或CdSe薄半导电膜的薄膜晶体管，参见，例如，“Preparation of thin-filmtransistors with chemical bath decomposited CdSe and CdS thinfilms”，F Y Gan和I Shih，IEEE Trans.Electron Device，49(2002)，15。
“Semiconductor thin films by chemical bath decompositionfor solar energy related application”，P K Nair等，Solar EnergyMaterials and Solar Cells，52(1998)，313-344中描述了使用化学浴沉积技术沉积CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、PbS、SnS、Bi2S3、Bi2Se3、Sb2S3、CuS和CuSe薄膜。该文献描述的方法中，在基板上沉积薄半导体膜，该基板浸入包含金属离子以及氢氧离子、硫离子或硒离子源的稀释溶液中。报道了化学浴沉积技术非常适用于制造用于太阳能相关应用的大面积的薄膜。
硫化铟的化学浴沉积还在“Chemical bath deposition of indiumsulphide thin films：preparation and characterization，”C.D.Lokhande，A.Ennaoui，P.S.Patil等.Thin Solid Films40(1999)18中有所描述。
US-A-5689125描述了包括硫化镉(CdS)界面层的半导体器件。通过使用氢氧化铵、水合硫酸镉(3CdSO48H2O)和硫脲的溶液在30～90℃的化学浴沉积，形成该界面层。
这些使用化学浴沉积的现有技术方法一般需要接着进行诸如光刻和刻蚀这样的技术，以从基板上不需要沉积材料的区域去除沉积的材料。提供一种沉积半导体材料(例如CdS)而避免需要使用这些减法步骤的方法是有优势的。本发明申请提出了这样的一种方法。
“Characterisation of spay pyrolysed indium sulphide thinfilms”(T.T.John，S.Bini，Y.Kashiwaba等，Semicond.Sci.Technol.18(2003)491)一文中描述了通过化学喷雾热解沉积硫化铟In2S3，来制造用于光电子和光伏应用的导电薄膜。
通过在流动的H2S流中进行热处理，铟迹线可以转化成In2S3，见J.Herrero和J.Ortega Sol.Energy Mater 17(1988)357。
在基于聚合物电子学的显示器中，目前使用前体并五苯作为半导体。约0.02cm2/Vs的迁移率将显示器的尺寸限制为大约为QVGA(典型地，320×240像素)。需要更高迁移率的半导体以增加刷新率和/或使尺寸增加到VGA(720×400像素)和SVGA(800×600像素)大小。
在商业上可获得的有源矩阵液晶显示器中，非晶氢化硅用作半导体。通过标准半导体技术，例如真空沉积、然后光刻和刻蚀，进行处理。沉积有源高迁移率半导体材料的现有技术方法需要使用真空技术。由于成本和效率的原因，希望不需要真空沉积的制造工艺。
本说明书中对现已出版的文件的引用和讨论不必看成承认该文件是现有技术一部分或一般常识。
本发明提供一种制造半导体的方法，具体而言，制造场效应晶体管的方法，其中通过湿法化学沉积或喷雾热解，在基板上沉积半导电材料。
本发明的方法尤其适用于在基板上沉积硫化镉或硫化铟。
一个实施例中，该方法包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括具有半导电属性的材料或反应形成具有半导体属性的材料的化合物的组合；
(ii)在基板上沉积该溶液的液滴；
(iii)在50～90℃的温度对步骤(ii)的产物进行加热；
(iv)清洗步骤(iii)的产物；以及
(v)在50～200℃的温度对步骤(iv)的产物进行加热。
这里使用的术语“具有半导电属性的材料”包括其电导率介于金属和绝缘体之间的物质；它的电导率随着温度改变，随着杂质的存在改变，暴露于光和/或存在电场时改变。在约25℃和大气压下，导体一般具有低于10-5Ωm的电阻率。在约25℃和大气压下，半导体的电阻率通常在10-5Ωm到108Ωm之间。优选地，在25℃和大气压下，绝缘体一般具有高于约108Ωm的电阻率。
具有半导电属性的材料可以是适于用在场效应晶体管中的任何具有半导电属性的材料。本发明的方法尤其适用于沉积可以使用化学浴沉积技术的半导电材料。例如US-A-5689125、Lincott等的Appl.Phys Lett.64(5)，31 January 1994，Nair等.的Solar EnergyMaterials and Solar cells，52(1998)，313-344以及Gan和Shih的Transactions on Electronic Devices，Vol.49，No.1 January2002中描述了化学浴沉积技术。
本发明中使用的具有半导电属性的材料优选包括至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞中的一种。优选地，具有半导电属性的材料包括镉或铟。
本发明中使用的具有半导电属性的材料优选包括至少硫、硒和碲中的一种。优选地，具有半导电属性的材料包括硫。
本领域技术人员应当理解，本发明的方法中可以使用其它具有半导电属性的材料。
优选地，在步骤(i)中使用反应形成具有半导电属性的材料的化合物的组合。适用于本发明的组合包括包含如下络合物的组合，所述络合物包含至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞中的一种。优选地，使用包含镉或铟的络合物。
如果在步骤(i)中使用络合物，它可以通过使包含镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞的适当起始材料与适于形成络合物的材料反应，在步骤(i)前获得。优选地，可以使用镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞的卤盐，例如氯盐，或镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞的醋酸盐。
可以用来制备包含镉的络合物的其它起始材料包括卤化镉，例如氯化镉CdCl2，以及二烷基类，例如Cd(1-6个碳原子的烷基)2。技术人员应当理解，相应的包含锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞的材料可用于获得这些材料的络合物。卤盐的使用是尤其优选的。
本领域技术人员将能够容易地判断什么材料适于与上述起始材料形成络合物。可以使用任意合适的材料。合适的材料包括但不限于氨、三乙醇胺、柠檬酸以及乙二胺。优选地，使用包含氨的溶液。氨的使用是尤其优选的，因为如有必要在反应过程后期它易于去除。优选方案中，通过使诸如氯化镉或氯化铟的氯化物的溶液与氨溶液相混合而获得络合物。
氨溶液的适当浓度为1～5M，例如约2M。氯化镉溶液的适当浓度是10×10-3～20×10-3M，例如约16×10-3M。技术人员应当理解，备选地，可以使用其它络合物形成材料的类似浓度。
优选地，对络合物的形成材料进行选择，使得步骤(i)中使用的溶液包括很低的自由镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞浓度。认为这样会减小向基板的同质沉淀并允许向基板的异质沉积。
优选地，络合物是胺络合物。使用四胺镉络合物Cd(NH3)4 2+是尤其优选的。使用本领域中已知的任何方法可以获得四胺镉络合物Cd(NH3)4 2+。例如，通过使醋酸镉和氨溶液反应。优选通过使卤化镉(例如氯化镉)的溶液和氨溶液相混合获得四胺镉络合物Cd(NH3)4 2+。
本发明人惊讶地发现，在某些环境下，使用卤盐(例如氯盐)相对使用醋酸盐形成步骤(i)中使用的络合物具有巨大的优势。发现，当使用从醋酸镉得到的络合物制成的材料暴露于环境光时，在某些情况可能发生持续的光电流以及可能发生不可接受的电流调制的减小。当使用氯化镉作为起始材料时一般不发生这种效应。不希望受理论的限制，本发明人相信当使用氯化镉时，少量的氯替位地结合到CdS晶格中。认为这将费米能级钉扎在刚好在导带之下的效果，这样防止持续光电流的产生。
图1和2的比较示出了使用氯化镉胜于醋酸镉的效果。如图1所示，使用醋酸镉制备的材料暴露于环境光导致在室温持续数周的持续光电流和电流调制的退化。图2示出了当使用氯化镉制备的材料暴露于环境光然后放置在黑暗中时，光电流基本立即消失。
步骤(i)中使用的组合包括至少硫、硒、和碲离子中一种的源。可以使用任何合适的硫离子源。合适的硫离子源包括但不限于，硫脲或硫代乙酰胺。硫离子源的浓度，例如，硫脲的浓度，优选地为25×10-3～40×10-3M，例如约32×10-3M。可以使用任何合适的硒离子源。合适的硒离子源包括但不限于，硒代硫酸钠(sodiumselenosulphate)。可以使用任意合适的碲离子源。技术人员应当理解，合适的硒离子或碲离子源的浓度可以与上述硫离子源的建议浓度类似。
理想地，使用的硫、硒和碲离子源将提供硫、硒和碲离子的缓慢释放，导致低浓度的诸如自由HS-和S2 -的材料，并防止具有半导电属性的材料的同质沉淀。
可选地，具有半导电属性的材料可以是掺杂的。现有技术中已知合适的掺杂剂。
沉积步骤，步骤(ii)可以在任意合适的温度发生。最适当的温度将取决于下面这些因素，例如待沉积材料的属性和基板的属性。本领域技术人员将能够容易地判断合适的温度。本发明的方法尤其适用于最佳化学浴沉积温度为约60～70℃的成分。这样，待沉积的溶液可以在沉积之前被加热到该温度。或者，该溶液可以处于相对低的温度，例如0～35℃，例如在环境温度(约15～30℃)，例如20～25℃，且基板温度可以在较高的温度，例如高于50℃，如60～70℃。当使用加热的基板时，沉积在基板上的材料的温度将由于沉积的液滴的小的尺寸而迅速上升到类似基板温度的温度。
在步骤(ii)中，可以使用向基板上沉积溶液液滴的任意合适方法。合适的方法包括但不限于，喷墨印刷法、分配法(dispensing)以及与电场相结合使用气溶胶。
可以使用制造场效应晶体管中使用的任意合适的基板。基板的属性将至少一定程度地取决于场效应晶体管所需的最终结构。基板可以是绝缘体或它可以具有导电属性。
本发明的一个方案中，可以使用能够用作栅电极的基板。该方案中适用的基板包括掺杂的硅晶片。这种晶片一般包括在它们的上表面热生长的SiO2层。该SiO2层一般为约200nm厚且具有约17nF/cm2的电容。
测试基板可以包含任意合适的源和漏电极，例如Au/Ti源和漏电极。这些源和漏电极可以通过本领域已知的方法制备。合适的方法包括对沉积的金属薄膜的标准光刻(例如，参见，Field-effecttransistors made from solution-processed organicsemiconductors，A.R.Brown等Synthetic Metal，88(1997)37-55)。
或者，可以使用聚合物测试基板。如果使用聚合物基板，它可具有柔性。这种基板在“Flexible active-matrixdisplays and shiftregisters based on solution-processed organicsemiconductors，”(G.H.Gelinck等，Nature Materials，2004 3(2)，106到110页)中有所描述。这种基板可以包括支撑体，顶部具有箔，然后是平坦化层，作为栅电极的结构化的金，作为栅极电介质的聚合物(例如商业可得的环氧基负抗蚀剂SU8)，典型地，SU8和金的源、漏电极。此处引用作为参考的美国专利no.6.635,406中作为栅极电介质公开的材料可以用在本发明的实施例中。这些材料不仅包括商业可得的聚环氧基光致抗蚀剂(例如SU8)，还包括硬烘烤酚醛清漆，包括聚合物的常规光致抗蚀剂，所述聚合物为例如聚乙烯基苯酚(例如UV大量曝光的(flood-exposed)PVP)、聚戊二酰亚胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚异戊二烯、聚环氧基树脂、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、对羟基苯乙烯聚合物以及蜜胺聚合物。适用于实施本发明的商业可得酚醛清漆光致抗蚀剂包括HPR504。栅电介质可以包括有机电学绝缘聚合物，它能够被交联，通常使用交联剂交联。选择聚合物绝缘体时没有限制。发现，聚乙烯基苯酚和聚乙烯醇是合适的绝缘聚合物材料，其中聚乙烯基苯酚是优选的。合适的交联剂包括氨基塑料，例如六甲氧基甲基密胺(HMMM)。
二氧化硅(SiO2)可用作栅极电介质。当SiO2用作栅极电介质时它可以作为打底层。适用于本发明的具有打底层的基板的实例是包括二氧化硅栅极电介质且使用六甲基二硅氮烷打底层的基板。通过使六甲基二硅氮烷与基板表面的气相反应，以例如在基板表面上提供六甲基二硅氮烷单分子层，可以获得这种具有打底层的基板。如有必要，可以使用发烟硝酸或通过等离子体或UV/臭氧处理去除该打底层。
步骤(ii)中沉积的液滴的大小取决于下面这些因素，例如使用的沉积方法、基板表面的可润湿性以及基板上液滴的散布(这将取决于诸如溶液表面张力这样的因素)。
在步骤(iii)，步骤(ii)的产物一般在50～90℃加热，优选地，60～85℃，更优选地65～80℃，最优选地70～75℃，例如约70或约75℃。步骤(iii)一般执行的时间小于1小时，优选地小于30分钟，更优选地小于10分钟，例如约5分钟。步骤(iii)执行的时间将取决于下面这些因素，例如沉积的溶液的浓度、成分和温度。
步骤(iii)中，可以使用任意合适的加热方法。例如，基板可以放置在加热板上。优选地，在步骤(iii)中基板被覆盖以防止蒸发。优选地，在加热过程中覆盖基板，因为蒸发改变液滴的组分，例如pH值可能减小，这影响半导体层的属性。
不希望受理论的限制，加热步骤(iii)使得在基板的表面上形成具有半导电属性的材料。
在步骤(iv)，清洗步骤(iii)的产物。优选地，该步骤中使用软化水。步骤(iii)的产物可以被清洗任意合适的时间段，例如1～10分钟，例如约5分钟。
这里，术语软化水指去除了矿物质和/或盐的水。
一般在50～200℃，优选地120～180℃，更优选地在140～160℃，例如约150℃，执行步骤(v)。步骤(v)一般执行1～3小时，优选地约2小时。步骤(v)可以在任意合适的气氛下执行，例如在大气中执行或在真空中执行。优选地步骤(v)在真空中执行。如果步骤(v)不在真空中执行，则可以使用任何合适的压强，例如，从1×10-4Mbar到大气压。
本发明还提供一种通过上述方法可以获得的场效应晶体管。可选地，本发明的晶体管可以包括含有贵金属的源和/或漏电极。合适的贵金属包括但不限于金、银、铂和钯。使用包含这些金属中的一种或多种的电极是优选的，因为它们不易被氧化。优选地，贵金属是金。或者，可以使用其它高功函数电极，例如，包括ITO的电极或包含导电聚合物的电极，导电聚合物例如是PEDOT(聚(3，4-乙烯基二氧噻吩))或PANI(聚苯胺)。例如还可以使用通过聚苯乙烯磺酸稳定的PEDOT/PSS(聚(3，4-乙烯基二氧噻吩))形式的PEDOT。可以使用PANI-CSA(掺以樟脑磺酸的聚苯胺)形式的PANI。
和包括诸如光刻和刻蚀等减法步骤的本领域中已知方法相比，本发明的方法提供了显著的优势，工艺步骤的数目减少且产生的废物量减少。
研究中，CdS广泛地用作高迁移率半导体，然而，商业规模使用CdS的主要缺点在于镉的毒性。例如，使用铟代替镉可以避免该缺点。
本发明的另一实施例中，本方法包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括具有半导电属性的材料或反应形成具有半导体属性材料的化合物的组合；
(ii)在220～450℃加热基板；以及
(iii)通过喷雾热解向基板上沉积溶液液滴，沉积过程温度为220～370℃。
基板可以是重掺硅晶片，或不掺杂的二氧化硅或玻璃或在沉积温度不变形且不退化的聚合物材料，或与沉积温度相兼容且适于用在金属氧化物半导体中的任意其它材料。
基板可以在约150℃在真空中退火以改善源极/漏极和半导电薄膜之间的接触。
例如，适用于喷雾热解且能够反应形成具有半导体属性的材料的化合物组合可以是卤盐(尤其是铟或镉的氯盐)、硫离子源和氧源。
可以通过化学喷雾热解沉积硫化铟，In2S3。一个实验中，以约1ml/min的速度在基板上喷雾1.5ml的包含0.1M InCl3和0.15MCS(NH2)2的喷雾溶液。基板的温度是300℃。图6示出了分别在2和20V的漏极偏压下测量的该器件的线性和饱和传输特性。图6中示出的迁移率很高，为大约4cm2/Vs。下面的表中示出了更优化的迁移率。希望迁移率可进一步优化。
图中：
图1：示出了CdS场效应晶体管在暴露于环境光之后的线性传输特性。曲线100是在环境光中的传输特性。曲线101-106是处在黑暗中不同时间的传输特性。通过如现有技术中描述的化学浴沉积工艺，使用醋酸镉制造该晶体管。光电流在室温下持续数周。
图2：示出了CdS场效应晶体管在暴露于环境光之后的线性传输特性。通过如现有技术中描述的化学浴沉积工艺，使用氯化镉制造该晶体管。曲线200是在环境光中的传输特性。曲线201是黑暗中的传输特性。示出了处在黑暗中不同时间的曲线。一旦将晶体管放置在黑暗中，光电流几乎立即消失。插图示出了阈值电压作为时间(T)的函数。
图3：示出了局部沉积CdS的场效应晶体管的线性和饱和传输特性，该晶体管通过实例1描述的方法获得，且沟道长度为40μm，沟道宽度为1000μm，使用金作为源极和漏极接触。右边的y轴是迁移率(cm2/Vs)。
图4：示出了喷雾热解的喷雾器。
图5a：示出了场效应晶体管测试基板的剖面图。
图5b：示出了场效应环(ring)晶体管测试基板的顶视图。
图6：示出了In2S3场效应晶体管的线性和饱和传输特性以及得出的迁移率值。
图7：示出了In2S3场效应晶体管的输出特性。
通过下面的非限制性实例阐述本发明。
实例1-在基板上选择性沉积CdS制备晶体管
使用顶面具有热生长氧化硅(约100nm)的高掺硅晶片测试基板。使用蒸发和光刻的组合在该氧化物层上形成金电极(具有钛粘附层)。
1ml的2.5M的CdCl2水溶液添加到2M的氨溶液中。在初始沉淀之后，获得包含Cd(NH3)4 2+的清液。向该溶液添加3ml的1.75M硫脲水溶液。基板被加热到70℃。使用喷射器将所得溶液的液滴沉积到测试基板上。
基板放置在75℃的加热板上并覆盖有陪替氏培养皿(Petri-dish)以防止蒸发。5分钟之后，使用软化水清洗基板且在真空下将基板加热到150℃持续2小时。
硅晶片用作栅电极，两个金电极是源和漏电极(使用显微操纵器接触)。使用Agilent 4155c半导体参数分析仪分析晶体管的特性。源漏电压在0～30V之间变化，源漏电压为2和20V。
测量所得晶体管的传输特性。这在图3中示出。
实例2-在基板上沉积In2S3制备晶体管
实验从使用喷雾热解来沉积硫化铟开始。喷雾热解基于被加热板加热的基板附近的前体的蒸发。气溶胶被广泛的用作沉积薄膜的材料源。
使用图4所示的喷雾器440执行硫化铟薄膜的沉积。载气流470被引入到喷雾器主管中并通过喷嘴450离开喷雾器。液体460流到喷嘴450，在这里它与载气流470相遇并形成气溶胶。气溶胶沉积在基板480上。基板480可以被加热板490加热。在最佳流量下，溶剂在靠近加热的基板表面处蒸发。这里，溶剂是水。溶剂可以是酒精、水和酒精的混合物(例如，等份的甲醇和水)或可以是其它溶剂，尤其是有机溶剂。溶剂一般是热解工艺的氧源。这里载气是氩，但也可以是其它惰性气体，或在这些处理条件下基本为惰性的气体，例如氮气。
前体在基板附近挥发并被吸附到受热基板表面上。然后是分解和/或化学反应以产生致密的硫化铟薄膜。为获得更大的沉积面积，喷雾器在该表面上方旋转。
喷雾溶液包括硫脲(CS(NH2)2)和氯化铟(InCl3)的混合物的水溶液。该溶液的pH值约是4。对于某些实验，通过添加HCl或醋酸，该pH值降低到0或2。通过改变前体的摩尔浓度而改变In/S比。大多数实验中，喷雾溶液的总体积和速率是1ml和1ml/min，氩用作载气。加热板的温度在300～450℃之间变化。由于通过气体和液体流冷却，基板温度大约80℃以下。喷雾距离保持在6cm，旋转圆的直径大约3cm。铟和硫之比在0.3～2之间变化。优选地，对于0.9～1.04的比例，获得优良的电学结果。对于1.2或更高的比例，产生导电薄膜。表1中，总结了一些尤其优选的和一些典型的结果。
表1
溶液中In/S比   PH   In/S浓度(M) 流量(ml/min)   沉积温度(℃) 喷雾量(ml) Ion/Ioff 迁移率(cm2/Vs)   关态电流(pA)
  1.041.041.041.04111111   4444000444   0.1/0.1040.1/0.1040.1/0.1040.1/0.1040.1/0/10.1/0/10.1/0/10.1/0/10.1/0/10.1/0/1   0.730.730.730.730.730.730.730.730.730.73   270300330360270300320274327359   1ml1ml1ml1ml1.41.41.4111   107105106104105107106106106104   0.30.1160.6140.10.55   1110100005011011100
电学分析
在TFT(薄膜晶体管)测试基板上沉积硫化铟纳米晶体薄膜(图5a和5b)，该测试基板包括具有200nm热SiO2 511作为栅极电介质(电容1.7×10-8F/cm2)的N++硅晶片510。顶部，通过光刻图形化金接触以形成源极512和漏极513。栅极氧化物，这里是200nm的二氧化硅薄膜，用六甲基二硅氮烷(HMDS)打底，产生疏水表面。这里到达底部栅极的顶部接触514是银。图5b是场效应环晶体管测试基板的顶视图，示出了源极512和漏极513接触。
对沟道长度为40μm、宽度为1000μm的环晶体管执行测量。测量漏极扫描(sweep)(当Vgate在-5～20V之间以步长5V变化时Idrain和Vdrain的关系)和栅极扫描(Vdrain＝2V和20V时Idrain和Vgate的关系)。对于两漏极电压，都执行了正向栅极偏置扫描和反向栅极偏置扫描。该报道中使用的迁移率在Vdrain＝2V和Vgate＝20V时在栅极偏置扫描中测量。电流调制是Vgate＝-20V和Vgate＝20V时漏极电流之比。
图6示出了使用金的源和漏极接触、沟道长度为40μm、宽度为1000μm的In2S3场效应晶体管的线性61(Vdrain＝2V)和饱和62(Vdrain＝20V)传输特性。得出的迁移率的值由曲线63表示。左边的y轴是漏极电流。x轴是栅极电压。右边的y轴是迁移率(cm2/Vs)。In/S比为1.00。
图7是使用金的源和漏极接触、沟道长度为40μm、沟道宽度为1000μm的In2S3场效应晶体管的输出特性曲线。y轴表示漏极电流。x轴是漏极电压。漏极偏压从0V扫描到20V并返回，栅极偏压在0V到20V之间，步长为5V。输出曲线示出了金是注入接触而不是肖特基接触。
表2总结了从不同In/S比的前体溶液获得的铟和硫化物薄膜中成分的x射线荧光(XRF)测试结果。
表2  从不同In/S比前体溶液沉积的
     In2S3薄膜中In和S的组分
  前体样本   In和S合计1015原子/cm2
  In   S   In/S
  In/S＝0.7   39   51   0.76
  In/S＝0.8   35   49   0.7
  In/S＝0.9   27   39   0.71
  In/S＝1   34   26   1.33
  In/S＝1.04   41   50   0.82
此外，卢瑟福背散射谱(RBS)技术用于测量下面物质的量：In、S、Cl和O，如表3所示。
表3  由RBS测得的使用不同喷雾溶液制备的薄膜的成分
  前体样本   物质合计1015原子/cm2   测得薄膜中In/S比
  In   S   Cl   O
  In/S＝0.7   24.3   33   5.4   4   0.74
  In/S＝0.8   32.7   45   5.5   3   0.73
  In/S＝0.9   37.6   49   6.7   6   0.77
  In/S＝1   33.8   26   12.7   23   1.30
  In/S＝1.04   39.5   46   8.5   10   0.86
这些结果和XRF分析十分相近，且确信在In/S比例为1时薄膜中存在大量氧。而且，在所有的薄膜中示出了大量的氯，尤其在比例为1时。令人惊讶的是，在前体中In/S比为1时发现优良电学属性(7个数量级(7decades)的电流调制，4.5cm2/Vs的迁移率)，这与较高氯和氧含量、In/S比例以及半导电薄膜中存在立方形式的In2S3相关。
前体还可以通过喷墨印刷沉积。溶液的液滴可以被沉积且通过加热转换成半导体。残留液体可以通过清洗去除。或者，纳米颗粒的金属可以通过喷墨印刷沉积，接着被固化以形成半导体，例如，通过J.Herroro和J.Ortega(Sol.Energy Mater 17(1988)357)中公开的在H2S流中的热处理而形成半导体。
最后，上述讨论仅是本发明的描述，不应理解成将所附权利要求限制为任何特定实施例或实施例组。这样，当参考特定示例性实施例特别详细地描述本发明时，应当理解，可以对其进行各种修改和变化，而不偏离如下权利要求所述的本发明的宽广和规定的精神和范围。相应地，认为说明书和附图是阐述性的，并没有限制所述权利要求书的范围。
在解释所述权利要求书中，应当理解：
(i)词语“包括”并不排除与给定权利要求中列出的元件不同的其它元件或动作的存在；
(ii)元件前的“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在；
(iii)权利要求书中的任何参考符号并不限制权利要求的范围；以及
(iv)若干“装置”可以由同一项或实施结构或功能表示。

Claims (42)

1.一种制造场效应晶体管的方法，该方法包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括具有半导电属性的材料或反应形成具有半导电属性的材料的化合物组合；
(ii)在基板上沉积该溶液的液滴；
(iii)在50～90℃的温度对步骤(ii)的产物进行加热；
(iv)清洗步骤(iii)的产物；以及
(v)在50～200℃的温度对步骤(iv)的产物进行加热。
2.根据权利要求1的方法，其中具有半导电属性的材料包括至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞之一。
3.根据权利要求2的方法，其中具有半导电属性的材料包括镉。
4.根据权利要求2的方法，其中具有半导电属性的材料包括铟。
5.根据权利要求1的方法，其中具有半导电属性的材料包括至少硫、硒和碲之一。
6.根据权利要求5的方法，其中具有半导电属性的材料包括硫。
7.根据权利要求1的方法，其中在步骤(i)中使用反应形成具有半导电属性材料的化合物组合。
8.根据权利要求7的方法，其中该组合包括络合物，该络合物包括至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞之一。
9.根据权利要求8的方法，其中络合物是胺络合物。
10.根据权利要求8或9的方法，其中络合物是四胺镉络合物Cd(NH3)4 2+或四胺镉络合物In(NH3)4 2+。
11.根据权利要求8到10中任意一个的方法，其中在步骤(i)之前，通过使镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞的氯盐或醋酸盐与适于形成该络合物的材料反应获得该络合物。
12.根据权利要求11的方法，其中适于形成该络合物的材料是氨溶液。
13.根据权利要求10的方法，其中在步骤(i)之前，通过将氯化镉溶液和氨溶液混合获得四胺镉络合物Cd(NH3)4 2+。
14.根据权利要求7到13任意一个的方法，其中所述组合包括至少硫离子、硒离子和碲离子之一的源。
15.根据权利要求14的方法，其中硫离子源是硫脲或硫代乙酰胺。
16.根据权利要求14的方法，其中硒离子源是硒代硫酸钠。
17.一种场效应晶体管，可以通过前述任一项权利要求的方法获得。
18.根据权利要求17的晶体管，还包括源和/或漏电极，该源和/或漏电极包括贵金属。
19.根据权利要求18的晶体管，其中所述贵金属是金。
20.一种制造场效应晶体管的方法，包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括具有半导电属性的材料或一种或多种反应形成具有半导电属性材料的化合物；
(ii)加热基板到220～450℃的温度；以及
(iii)通过喷雾热解向加热的基板上沉积该溶液的液滴。
21.根据权利要求20的方法，其中具有半导电属性的材料包括至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜和汞之一。
22.根据权利要求20的方法，其中具有半导电属性的材料包括至少硫、硒和碲之一。
23.根据权利要求20的方法，其中具有半导电属性的材料包括铟和硫。
24.根据权利要求23的方法，其中具有半导电属性的材料包括原子比为0.7～1.33的铟和硫。
25.根据权利要求24的方法，其中具有半导电属性的材料包括原子比为0.82～1.33的铟和硫。
26.根据权利要求20的方法，其中反应形成具有半导电属性的材料的所述一种或多种化合物包括至少镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞之一。
27.根据权利要求26的方法，其中反应形成具有半导电属性的材料的所述一种或多种化合物包括至少硫、硒和碲之一。
28.根据权利要求20的方法，其中反应形成具有半导电属性的材料的所述一种或多种化合物包括铟和硫，在反应形成具有半导电属性的材料的所述一种或多种化合物中，铟和硫的原子比为0.3～1.2。
29.根据权利要求28的方法，其中在所述反应形成具有半导电属性材料的所述一种或多种化合物中，铟和硫的原子比为0.9～1.04。
30.根据权利要求28的方法，其中反应形成具有半导电属性的材料的所述一种或多种化合物还包括氧和氯源。
31.根据权利要求26的方法，其中在步骤(i)之前，反应形成具有半导电属性材料的所述一种或多种化合物包括络合物，通过使镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞的氯盐或醋酸盐与至少硫离子、硒离子或碲离子之一的源反应获得该络合物。
32.根据权利要求31的方法，其中硫离子源包括硫脲或硫代乙酰胺。
33.一种包括硫化铟的薄膜晶体管。
34.根据权利要求33的薄膜晶体管，包括聚合物基板。
35.根据权利要求33的薄膜晶体管，还包括半导电薄膜，其中铟和硫的原子比为0.7～1.33。
36.根据权利要求35的薄膜晶体管，其中所述半导电薄膜中铟和硫的原子比为0.82～1.30。
37.权利要求33的薄膜晶体管，包括半导电薄膜，其中铟和硫的比为0.7～1.33，该半导电薄膜还包括氧和氯。
38.一种制造场效应晶体管的方法，包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括具有半导电属性的材料或者是反应形成具有半导电属性的材料的化合物组合，所述材料包括铟；以及
(ii)通过喷墨印刷在基板上沉积所述溶液的液滴。
39.一种制造场效应晶体管的方法，包括：
(i)提供一种溶液，该溶液包括能够反应形成具有半导电属性的材料的元素，以及
(ii)通过在基板上进行喷墨印刷在该基板上沉积该元素。
40.根据权利要求39的方法，其中所述元素是铟。
41.根据权利要求39的方法，其中所述元素是纳米颗粒形式。
42.根据权利要求39的方法，其中所述元素是镉、锌、铅、锡、铋、锑、铟、铜或汞。
CNA2005800217050A 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管 Pending CN1977388A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US58343404P 2004-06-28 2004-06-28
US60/583,434 2004-06-28

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200910118588XA Division CN101515548A (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
CN2008101619352A Division CN101373791B (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1977388A true CN1977388A (zh) 2007-06-06

Family

ID=34970597

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200910118588XA Pending CN101515548A (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
CN2008101619352A Expired - Fee Related CN101373791B (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
CNA2005800217050A Pending CN1977388A (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200910118588XA Pending CN101515548A (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
CN2008101619352A Expired - Fee Related CN101373791B (zh) 2004-06-28 2005-06-24 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20080283874A1 (zh)
EP (1) EP1763898A2 (zh)
JP (1) JP2008504676A (zh)
CN (3) CN101515548A (zh)
WO (1) WO2006003584A2 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010006499A1 (de) * 2010-01-28 2011-08-18 Würth Solar GmbH & Co. KG, 74523 Badabscheidungslösung zur nasschemischen Abscheidung einer Metallsulfidschicht und zugehörige Herstellungsverfahren
CN103413833B (zh) * 2013-07-09 2016-04-20 复旦大学 一种柔性ZnO基薄膜晶体管及其制备方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3829743A (en) * 1969-09-18 1974-08-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Variable capacitance device
US4360542A (en) * 1981-03-31 1982-11-23 Argus Chemical Corporation Process for the preparation of thin films of cadmium sulfide and precursor solutions of cadmium ammonia thiocyanate complex useful therein
GB2215122A (en) * 1988-02-12 1989-09-13 Philips Electronic Associated A method of forming a quantum dot structure
US5501744A (en) * 1992-01-13 1996-03-26 Photon Energy, Inc. Photovoltaic cell having a p-type polycrystalline layer with large crystals
JPH06283747A (ja) * 1993-03-30 1994-10-07 Asahi Chem Ind Co Ltd 光電変換素子の製造方法
JPH06291344A (ja) * 1993-03-31 1994-10-18 Asahi Chem Ind Co Ltd 光電変換素子集合体
JPH07133200A (ja) * 1993-11-04 1995-05-23 Asahi Chem Ind Co Ltd 金属カルコゲナイド化合物超格子の製造方法
GB9323498D0 (en) * 1993-11-15 1994-01-05 Isis Innovation Making particles of uniform size
US5689125A (en) * 1995-06-12 1997-11-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Cadmium sulfide interface layers for improving III-V semiconductor device performance and characteristics
AU2492399A (en) * 1998-02-02 1999-08-16 Uniax Corporation Image sensors made from organic semiconductors
US6380097B1 (en) * 1998-05-11 2002-04-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method for obtaining a sulfur-passivated semiconductor surface
US6294401B1 (en) * 1998-08-19 2001-09-25 Massachusetts Institute Of Technology Nanoparticle-based electrical, chemical, and mechanical structures and methods of making same
KR100420441B1 (ko) * 1999-03-30 2004-03-04 제이에스알 가부시끼가이샤 실리콘막 형성 방법 및 잉크 젯용 잉크 조성물
WO2001033649A1 (en) * 1999-11-02 2001-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of producing vertical interconnects between thin film microelectronic devices and products comprising such vertical interconnects
JP2001326343A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Minolta Co Ltd 固体撮像装置
US20020182338A1 (en) * 2001-06-04 2002-12-05 John Stevens Apparatus and method for rotating drum chemical bath deposition
US6903386B2 (en) * 2002-06-14 2005-06-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transistor with means for providing a non-silicon-based emitter

Also Published As

Publication number Publication date
US20080283874A1 (en) 2008-11-20
WO2006003584A2 (en) 2006-01-12
CN101373791B (zh) 2010-09-29
CN101373791A (zh) 2009-02-25
EP1763898A2 (en) 2007-03-21
CN101515548A (zh) 2009-08-26
JP2008504676A (ja) 2008-02-14
WO2006003584A3 (en) 2006-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Benwadih et al. High mobility flexible amorphous IGZO thin-film transistors with a low thermal budget ultra-violet pulsed light process
US7507618B2 (en) Method for making electronic devices using metal oxide nanoparticles
Bashir et al. High‐Performance Zinc Oxide Transistors and Circuits Fabricated by Spray Pyrolysis in Ambient Atmosphere
JP4536443B2 (ja) カルコゲニド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）皮膜の溶液堆積
US7341917B2 (en) Solution deposition of chalcogenide films containing transition metals
KR20110056505A (ko) 상단 게이트 유기 박막 트랜지스터용 표면 처리된 기판
US20150060768A1 (en) Method to improve performance characteristics of transistors comprising graphene and other two-dimensional materials
Sun et al. Low-temperature sintering of in-plane self-assembled ZnO nanorods for solution-processed high-performance thin film transistors
US20120058597A1 (en) fabrication method for thin-film field-effect transistors
CN102420288A (zh) 一种带介电修饰层的有机场效应晶体管及制备方法
CN101047130B (zh) 使用纳米颗粒的顶栅薄膜晶体管及其制造方法
Yun et al. Contact resistance between pentacene and indium–tin oxide (ITO) electrode with surface treatment
US10886125B1 (en) Method for manufacturing a nano-wire array and a device that comprises a nano-wire array
CN101373791B (zh) 通过湿法化学沉积制造的场效应晶体管
Aktas et al. Effect of SiO2 gate insulator on electrical performance of solution processed SnO2-Based thin film phototransistor
Rao et al. Complete solution-processed low-voltage hybrid CdS thin-film transistors with polyvinyl phenol as a gate dielectric
Chelliah et al. Study of the pulsed laser deposited ZnO thin films and its electrical performance as n-Channel in MOSFET
CN108242445A (zh) 用于薄膜晶体管的阵列基板及其显示装置
Ko et al. Electrical properties and reliability analysis of solution-processed indium tin zinc oxide thin film transistors with O2-plasma treatment
Kim et al. P‐29: Solution‐processed Single‐walled Carbon Nanotube Thin Film Transistors In‐situ Patterned by Inkjet‐printing of Surface Treatment Material
An et al. Solution-based flexible indium oxide thin-film transistors with high mobility and stability by selective surface modification
Wang et al. Facile oxygen-plasma approach for depositing Silicon/nitride oxide on transparent, flexible zinc-oxide thin film transistors
Lim et al. Control of positive and negative threshold voltage shifts using ultraviolet and ultraviolet-ozone irradiation
Lee et al. Inkjet-processed zinc-tin-oxide thin-film transistor with a MoO 3 interlayer and its stability
KR20070022351A (ko) 습식 화학 증착에 의해 제조된 전계 효과 트랜지스터

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination