一种高透明度柔性薄膜晶体管及制作方法与流程

本发明涉及薄膜晶体管及制造技术领域，特别涉及一种高透明度柔性薄膜晶体管及制作方法。

背景技术：

氧化物薄膜晶体管因具有高迁移率、可见光区透明和可低温制作等特点而受到人们的广泛关注。其中，“高迁移率”特点意味着大的沟道电流和高的开关速度，可以用来驱动有源矩阵有机发光二极管显示器件(amoled)；“可见光区透明”特点可以提高tft器件的开口率，降低功率消耗；“可低温制作”特点使得氧化物tft与柔性衬底相匹配。而柔性电子器件以其结构轻薄、可弯曲折叠、机械性能稳定、高效及更轻的质量和低成本制造工艺等特点得到国内外广泛关注和研究。in2o3是一种宽带隙(3.60-3.75ev)半导体材料，具有极高的可见光透过率(大于80％)和高单晶体迁移率(160cm²/(v·s))。这些特点使得in2o3在制作高性能柔性薄膜晶体管方面具有优势。

高透明度柔性薄膜晶体管是一种耗尽型薄膜晶体管，其主要工作原理是：底栅未施加电压时，晶体管处于导通状态，当在栅极施加负电压时，有源区靠近栅介电层的部分会产生大量空穴，空穴与沟道中本就存在的电子相复合，造成沟道处于耗尽状态，晶体管处于关闭状态。通过栅压控制器件是否导通以及器件的源漏之间电流，此外，柔性衬底可以减少传统硅基衬底晶体管的寄生效应，并可以在不同的弯曲程度下工作，为高性能柔性电路的大规模集成以及可穿戴电子设备的广泛应用提供了可能。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种高透明度柔性薄膜晶体管及制作方法，基于pet柔性衬底的使用氧化铟(ino3)作为导电沟道的底栅结构柔性晶体管，采用真空蒸镀的ito作为底栅电极，pecvd制作的sinx作为栅介质层，随后采用磁控溅射生长一层氧化铟并蒸镀一层铝电极，从底部对晶体管进行驱动，产生较高的控制驱动能力。

本发明的一种高透明度柔性薄膜晶体管，所述柔性薄膜晶体管具体结构为层结构，自下而上依次为柔性衬底层1、栅极层2、栅绝缘层3，有源区4以及源极5、漏极6；

所述栅极层2采用重掺杂的ito材料制成；

所述栅绝缘层3采用氮化硅层sinx材料制成；

所述有源区4采用氧化铟层in2o3材料制成。

本发明的一种高透明度柔性薄膜晶体管制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

步骤1，将购买的pet柔性塑料放进盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的pet在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到衬底层；

步骤2，利用光刻工艺在pet衬底上规划出相应的区域，并通过真空蒸镀在pet上蒸镀一层60nm厚的ito底栅电极作为栅极层，长宽比为5:1；

步骤3，用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)法蒸镀sinx作为栅绝缘层，其厚度为200nm；

步骤4，in2o3晶体薄膜通过磁控溅射方法在室温条件下沉积在玻璃和白宝石衬底上，作为有源区，生长室的本底气压小于3×10^-5pa，溅射生长采用靶源为99.99％的高纯in2o3陶瓷靶，溅射气体为99.999％的高纯氩气ar，气流大小为7sccm，溅射功率为100w；

步骤5，利用真空蒸镀的方法淀积一层铝电极并使用光刻工艺图案化，形成源极、漏极。

与现有技术相比，本发明具有较高的电子迁移率，可以应用于高频集成电路；并且整体透明度较高且具有可拉伸、弯折的特点，适用于柔性显示屏幕、电子纸、柔性光电设备以及可穿戴设备等。

附图说明

图1为本发明的一种高透明度柔性薄膜晶体管结构示意图；

图2为本发明一种高透明度柔性薄膜晶体管侧视结构图；

附图标记：

1、柔性衬底层，2、栅极层，3、栅绝缘层，4、有源区，5、源极，6，漏极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

如图1和图2所示，为本发明的一种高透明度柔性薄膜晶体管结构示意图。具体结构为层结构，自下而上依次为柔性衬底层1(采用pet柔性塑料制成)、栅极层2(采用重掺杂的ito材料制成)、栅绝缘层(采用氮化硅层sinx材料制成)，有源区(采用氧化铟层in2o3材料制成)以及源极、漏极(采用金属铝制电极al材料制成)。

in2o3晶体与传统的有机和无机半导体相比其具有较高的可见光透过率(大于80％)，且其具有较高的电子迁移率(160cm²/(v·s))，因此可以应用于高频集成电路，且本发明以pet柔性塑料作为衬底，整体透明度较高且具有可拉伸、弯折的特点。适用于柔性显示屏幕、电子纸、柔性光电设备以及可穿戴设备等。

本发明的一种高透明度柔性薄膜晶体管制作方法，包括以下步骤：

步骤1，将购买的pet柔性塑料放进盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的pet在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到衬底层；

步骤2，利用光刻工艺在pet衬底上规划出相应的区域，并通过真空蒸镀在pet上蒸镀一层60nm厚的ito底栅电极作为栅极层，长宽比为5:1；

步骤3，用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)法蒸镀sinx作为栅绝缘层，其厚度为200nm；

步骤4，in2o3晶体薄膜通过磁控溅射方法在室温条件下沉积在玻璃和白宝石衬底上，作为有源区，生长室的本底气压小于3×10^-5pa，溅射生长采用靶源为99.99％的高纯in2o3陶瓷靶，溅射气体为99.999％的高纯氩气ar，气流大小为7sccm，溅射功率为100w；

步骤5，利用真空蒸镀的方法淀积一层铝电极并使用光刻工艺图案化，形成源极、漏极。

技术特征：

1.一种高透明度柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述柔性薄膜晶体管具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底层(1)、栅极层(2)、栅绝缘层(3)，有源区(4)以及金属电极，所述金属电极包括源极(5)、漏极(6)；

所述栅极层(2)采用重掺杂的ito材料制成；

所述栅绝缘层(3)采用氮化硅层sinx材料制成；

所述有源区(4)采用氧化铟层in2o3材料制成。

2.如权利要求1所述的一种高透明度柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述源极(5)、漏极(6)采用金属铝制电极al材料制成。

3.一种高透明度柔性薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

步骤1，将购买的pet柔性塑料放进盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的pet在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到衬底层；

步骤2，利用光刻工艺在pet衬底上规划出相应的区域，并通过真空蒸镀在pet上蒸镀一层60nm厚的ito底栅电极作为栅极层，长宽比为5:1；

步骤3，用等离子体增强化学气相沉积法蒸镀sinx作为栅绝缘层，其厚度为200nm；

步骤4，in2o3晶体薄膜通过磁控溅射方法在室温条件下沉积在玻璃和白宝石衬底上，作为有源区，生长室的本底气压小于3×10^-5pa，溅射生长采用靶源为99.99％的高纯in2o3陶瓷靶，溅射气体为99.999％的高纯氩气ar，气流大小为7sccm，溅射功率为100w；

步骤5，利用真空蒸镀的方法淀积一层铝电极并使用光刻工艺图案化，形成源极、漏极。

技术总结
本发明公开了一种高透明度柔性薄膜晶体管及制作方法，所述柔性薄膜晶体管具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底层(1)、栅极层(2)、栅绝缘层(3)，有源区(4)以及源极(5)、漏极(6)；所述栅极层(2)采用重掺杂的ITO材料制成；所述栅绝缘层(3)采用氮化硅层SiNx材料制成；所述有源区(4)采用氧化铟层In2O3材料制成。与现有技术相比，本发明具有较高的电子迁移率，可以应用于高频集成电路；并且整体透明度较高且具有可拉伸、弯折的特点，适用于柔性显示屏幕、电子纸、柔性光电设备以及可穿戴设备等。

技术研发人员：秦国轩;刘家立
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.11.18
技术公布日：2020.04.28