一种平面分离双栅薄膜晶体管的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于半导体技术领域，公开了一种平面分离双栅薄膜晶体管。所述平面分离双栅薄膜晶体管，自下而上依次包括衬底、过渡层、栅电极层、绝缘栅介质层、半导体有源层、源电极/漏电极，所述源电极和漏电极相对设置于所述半导体有源层上方；所述栅电极层由两个栅电极组成，所述两个栅电极相对设置于过渡层的上方；所述栅电极与源电极/漏电极设置的方向不同。本实用新型调整两个栅极的偏压可使TFT器件呈现出不同的输出和转移特性；两个栅极可同时作为控制栅和信号栅使用，使电路得到简化，从而有效地拓展TFT的应用范围，有望解决阈值电压漂移、自动增益控制动态范围窄等问题。
【专利说明】
一种平面分离双栅薄膜晶体管
技术领域
[0001]本实用新型属于半导体技术领域，特别涉及一种平面分离双栅薄膜晶体管。
【背景技术】
[0002]近年来，薄膜晶体管(TFT)因越来越广泛应用于平板显示、集成传感器、智能识别卡以及集成电路等诸多领域而受到广泛的关注和研究。为满足更多的应用需求，TFT器件必须具有良好的器件性能(高迀移率、低关态电流、高开关电流比、低阈值电压、低亚阈值摆幅等)和较高的稳定性、可靠性。多年来，围绕器件性能的改进，已开发出多种可用于TFT的半导体薄膜材料，主要包括非晶硅、多晶硅、以并五苯为代表的有机小分子半导体材料、以聚噻吩类为代表的有机聚合物半导体材料、以氧化锌为代表的宽带隙氧化物半导体材料等。非晶硅TFT由于低迀移率在高分辨率显示方面受到限制。多晶硅TFT虽具有较高的迀移率，但具有工艺复杂、制作成本昂贵、大面积难以实现等缺点，目前主要应用于小尺寸高性能显示器。另外，硅为窄带隙半导体材料，硅基TFT对可见光敏感，在光照环境下存在明显的不稳定性，在平板显示应用中需要引入黑矩阵，从而增加工艺的复杂度，降低开口率。有机TFT在可穿戴电子、柔性显示方面具有明显的优势，但其低迀移率和性能不稳定的致命弱点影响其应用前景。相对而言，以氧化锌为代表的氧化物TFT具有相对高的迀移率、低功耗、环境友好、可见光透明、低温工艺等诸多优势，在透明电子器件、液晶显示、太阳能电池、触摸屏、柔性显示、电子纸、集成电路等诸多领域具有更广阔的应用前景，被认为是最有希望的下一代TFT技术。
[0003]尽管半导体有源层材料对TFT器件的电性能取决定性作用，然而，栅介质、栅极和源漏电极的材料，以及器件的制备工艺对器件的电性能亦产生重要影响，器件的电性能明显地依赖于材料特性、工艺条件和参数、以及器件的结构与参数。近年来，为了改善TFT器件的电性能及其稳定性，在材料选择、工艺和界面优化等方面进行了大量的研究工作，TFT器件的迀移率、开关电流比、关态电流、亚阈值摆幅等性能参数得到明显提高，其应用不仅仅限于平板显示器中起开关和像素驱动的作用，有望应用于集成电路芯片实现信号放大等功能。然而，不象硅基MOSFET器件，可通过硅基底偏压来调节器件的部分性能参数，现有TFT器件的电性能参数(如阈值电压、跨导增益、关态电流等)往往不能根据实际应用的需要进行灵活的调控，而且普遍存在工作电压所引起的阈值电压漂移、关态电流增加和迀移率退化等现象，从而影响电子系统的稳定性和可靠性。
【实用新型内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种平面分离双栅薄膜晶体管。该器件由于有两个栅电极，通过改变两个栅极电压可以灵活地调制其沟道电导，从而调节器件的输出特性和转移特性，改变阈值电压、关态电流等性能参数，因而，可根据实际应用需要获得所需的阈值电压、开关电流比和跨导值，两个栅端可同时作为控制栅和信号栅使用，使电路得到简化，从而有效扩大了薄膜晶体管的应用范围，能有效地解决阈值电压漂移、大信号堵塞、自动增益控制动态范围窄等问题。
[0005]本实用新型的目的通过以下技术方案实现:
[0006]所述平面分离双栅薄膜晶体管，自下而上依次包括衬底、过渡层、栅电极层、绝缘栅介质层、半导体有源层、源电极/漏电极，所述源电极和漏电极相对设置于所述半导体有源层上方。
[0007]所述栅电极层由两个栅电极组成。
[0008]所述两个栅电极相对设置于过渡层的上方。
[0009]所述栅电极与源电极/漏电极设置的方向不同，优选地，所述栅电极方向与源电极/漏电极所形成的沟道方向垂直，所述栅电极与源漏电极以类型设置。
[0010]所述绝缘栅介质层部分覆盖栅电极层和过渡层。所述半导体有源层完全覆盖绝缘栅介质层。
[0011]所述半导体有源层的厚度为30?80纳米，所述半导体有源层非晶硅、多晶硅、有机半导体薄膜和氧化物半导体薄膜中的一种。
[0012]所述两个栅电极是垂直于源电极和漏电极中间所形成的沟道方向(即源电极和漏电极的方向)的端线的两个金属电极，其结构和功能上是等效的;两个栅电极的宽度和他们之间距离可根据器件的设计要求调整。
[0013]所述绝缘栅介质层的厚度为100?200纳米，所述绝缘栅介质层为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪或氧化钽绝缘介质材料中的一种，但不限于此。
[0014]所述栅电极和源电极/漏电极材料为Al、Mo、Cr、Au或ITO导电薄膜中的一种，所述源电极/漏电极厚度为100?200纳米，所述栅电极的厚度为80?100纳米。
[0015]所述源电极和漏电极在半导体有源层上，源电极与漏电极的长度小于两栅电极宽度与其间距的总和，且源电极和漏电极两端与栅电极存在重叠区域。
[0016]所述衬底为玻璃衬底或者塑料衬底。
[0017]与现有技术相比，本使用新型具有以下优点和有益效果:
[0018]本实用新型采用平面分离双栅结构，通过调整垂直沟道方向的两个栅极的偏压可使TFT器件工作于不同的状态，呈现出不同的输出和转移特性，因此，可根据实际应用需要获得所需的阈值电压、关态电流和跨导值，两个栅极可同时作为控制栅和信号栅使用，使电路得到简化，从而有效地拓展TFT的应用范围，有望解决阈值电压漂移、自动增益控制动态范围窄等问题。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的平面分离双栅薄膜晶体管的器件结构示意图；其中图1(a)、图1(b)、图1(c)分别为立体图、俯视图和剖视图；其中1-衬底、2-过渡层、3-栅电极层(301和302两个栅电极)、4_绝缘栅介质层、5-半导体有源层、6-源电极/漏电极(601和602)。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式和适应的底物不限于此。
[0021]实施例1
[0022]本实施例的平面分离双栅薄膜晶体管采用底栅结构，自下而上依次包括衬底1、过渡层2、栅电极层3、绝缘栅介质层4、半导体有源层5、源电极/漏电极6;所述栅电极层由两个栅电极组成，两个栅电极相对平行设置于过渡层上;所述两个栅电极连线方向垂直于源电极/漏电极形成的沟道方向，其结构和功能上是等效的;所述源电极/漏电极相对平行设置。
[0023]本实施例的衬底可为玻璃衬底或者塑料衬底。
[0024]本实施例的半导体有源层的厚度为30?80纳米，半导体有源层掺铟稼氧化锌(IGZO)半导体薄膜。
[0025]本实施例的绝缘栅介质层的厚度为100?200纳米，绝缘栅介质层为高介电常数绝缘薄膜层，以实现低工作电压和低功耗。
[0026]所述过渡层的厚度为100?200纳米，过渡层为二氧化硅薄膜。
[0027]所述两个栅电极的厚度为80?100纳米，所述两个栅电极材料为ITO薄膜或Al薄膜。
[0028]所述源电极和漏电极的厚度为100?200纳米;所述源电极/漏电极材料为Al、Mo、Cr、Au或ITO导电薄膜。
[0029]本实施例的双栅端电极的连线方向垂直于源、漏电极连线方向，构成类型交叠区域。
【主权项】
1.一种平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:自下而上依次包括衬底、过渡层、栅电极层、绝缘栅介质层、半导体有源层、源电极/漏电极，所述源电极和漏电极相对设置于所述半导体有源层上方;所述栅电极层由两个栅电极组成。2.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述两个栅电极相对设置于过渡层的上方;所述栅电极与源电极/漏电极设置的方向不同。3.根据权利要求2所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述栅电极方向与源电极/漏电极所形成的沟道方向垂直，所述栅电极与源电极/漏电极以类型设置。4.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述绝缘栅介质层部分覆盖栅电极层和过渡层;所述半导体有源层完全覆盖绝缘栅介质层。5.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述半导体有源层的厚度为30?80纳米。6.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述绝缘栅介质层的厚度为100?200纳米;所述过渡层的厚度为100?200纳米。7.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述栅电极的厚度为80?100纳米;所述源电极/漏电极厚度为100?200纳米。8.根据权利要求1所述平面分离双栅薄膜晶体管，其特征在于:所述源电极/漏电极在半导体有源层上，源电极与漏电极的长度小于两栅电极宽度与其间距的总和。
【文档编号】H01L21/34GK205452294SQ201521083246
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】刘玉荣, 廖荣, 姚若河
【申请人】华南理工大学