专利名称：一种ZnO基透明薄膜晶体管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在可见光区域透明的ZnO基薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术：
近年来，宽禁带化合物半导体ZnO的研究异常活跃，由于ZnO具有很高的激子束缚能(室温下为60mev)，激子增益也可达到300cm-1，是一种理想的短波长发光器件材料，在发光二极管LEDs(Light-emitting Diodes)、激光器LDs(Laser Diodes)等领域有巨大的应用潜力。另一方面，ZnO的许多本征施主缺陷(如锌间隙和氧空位)会产生高度自补偿，因此实现稳定的p型掺杂非常困难，制约了其在发光器件方面的迅速产业化。传统的薄膜晶体管通常采用非晶硅(α-Si TFT)，这种薄膜晶体管现在研究最多，工艺最成熟，生产规模最大。也有采用多晶硅TFT(P-Si TFT)的。但是Si材料由于其不透明性，容易受可见光光生漏电流的影响而限制了其工作的领域。在薄膜晶体管源极和漏极之间易产生光电子漏电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种在可见光区域透明的薄膜晶体管及其生产方法。该薄膜晶体管可以防止因入射光而在薄膜晶体管的源极和漏极之间产生光电子漏电流，可减少可见光对其工作状态的影响。
为实现上述目的，本发明根据ZnO的n型掺杂可以在大范围内实现可控，并且ZnO的可见光区域有高达90％的透光率，由于薄膜晶体管广泛应用于有源矩阵液晶显示器领域，它不需要同一种半导体材料的同时实现两种导电类型，因此可以考虑将ZnO应用于液晶显示器(AMLCD)领域。提出本发明薄膜晶体管的技术方案如下包括最下层的衬底，衬底上面设薄膜晶体管的沟道，在沟道上为栅绝缘层并光刻源极、栅极、和漏极。技术特征是衬底采用玻璃或蓝宝石，沟道为n-ZnO薄膜，该薄膜层厚度为50-150nm栅极、源极、漏极均为ITO薄膜，栅绝缘层采用ATO薄膜。
本发明的ZnO基薄膜晶体管的生产方法，其生产步骤如下a)、在衬底上首先沉积一层约50-150nm厚的n-ZnO薄膜，接着进行第一次光刻，分隔出小的晶体管单元，形成本薄膜晶体管的沟道。进行快速退火(RTA)(600-800℃ O2气氛)以提高沟道电阻，改善ZnO的结晶性能。
b)、然后在表面均匀的涂一层光刻胶，用光刻版图刻出图形，再沉积一层ATO薄膜作为栅绝缘层，用剥离(lift-off)工艺进行第二次光刻出电极窗口。进行快速热退火(RTA)(600-800℃ O2气氛)，以改善ATO/ZnO的界面电学特性。
c)、接着沉积ITO透明电极，进行第三次光刻，用湿法光刻出源极、栅极、漏极。再进行300℃的快速热退火以改善ITO薄膜的透光性。
第一次光刻中采用的腐蚀液为HCl或HNO3。第三次光刻采用的腐蚀液为H3PO4或HCl或HNO3。
在上述n-ZnO中的n型掺杂剂为Al、Ga、H等中的一种或几种；在n-ZnO制作过程中采用的靶材为AlxZn1-x或GaxZn1-x，其中X为0＜X＜0.4。
这种ZnO基薄膜晶体管的优点有1)采用透明的ZnO材料作为沟道，避免了Si薄膜晶体管中光电子漏电流对其工作状态的影响。
2)采用ZnO材料以及玻璃衬底可以大大减少成本。
3)将源极、栅极和漏极均制作在ZnO沟道层的上侧，制作工艺相对简单，便于应用。
图1为ZnO基薄膜晶体管的结构示意图。
具体实施例方式
参照附图1，说明本发明的ZnO基薄膜晶体管的结构形式及其实施方法在衬底1上沉积n-ZnO薄膜2，然后进行第一次光刻，分隔出小的晶体管单元。接着进行快速热退火(RTA)(600-800℃ O2气氛)以提高沟道电阻，改善ZnO的结晶性能。然后在表面均匀的涂一层光刻胶，用光刻版图刻出图形，再沉积一层ATO薄膜4作为栅绝缘层，用剥离工艺刻出电极窗口。然后进行快速热退火(RTA)(600-800℃ O2气氛)，以改善ATO/ZnO的界面电学特性。再沉积ITO薄膜透明电极，用湿法光刻出源极3、栅极5、漏极6。再进行300℃的快速热退火以改善ITO薄膜的透光率。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括衬底、构道、栅极、源极、漏极和栅绝缘层，其特征是衬底(1)采用玻璃或蓝宝石，沟道(2)为n-ZnO薄膜，栅极(5)、源极(3)、漏极(6)为ITO薄膜，栅绝缘层(4)采用ATO薄膜。
2.按权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征是n-ZnO薄膜沟道层厚度为50-150nm。
3.按权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征是所述的n-ZnO中的n型掺杂剂为Al、Ga、H中的一种或几种。
4.按权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征是所述n-ZnO制作过程中采用的靶材为AlxZn1-x或GaxZn1-x，其中的x为0＜x＜0.4。
5.按权利要求1-4所述薄膜晶体管，其特征是源极(3)、栅极(5)、漏极(6)均位于n-ZnO薄膜沟道层的上侧。
6.一种制备权利要求1所述的薄膜晶体管的方法，包括以下生产步骤a)、在衬底(1)上首先沉积n-ZnO薄膜(2)，接着进行第一次光刻，分隔出小的晶体管单元形成沟道，在600-800℃的O2气氛下进行快速热退火。b)、然后在沟道表面均匀的涂一层光刻胶，用光刻版图刻出图形，再沉积一层ATO薄膜(4)作为栅绝缘层，用剥离工艺进行第二次光刻，刻出电极窗口，在600-800℃的O2气氛下进行快速热退火。c)接着沉积ITO透明电极，进行第三次光刻，用湿法光刻出源极(3)、栅极(5)、漏极(6)，再进行300℃的快速热退火。
7.按权利要求6所述制备薄膜晶体管的方法，其特征是第一次光刻所采用的腐蚀液为HCl或HNO3，第三次光刻所采用的腐蚀液为H3PO4或HCl或HNO3。
全文摘要
本发明涉及一种ZnO基薄膜晶体管及其制备方法。玻璃衬底上沉积一层50－150nm厚的n－ZnO薄膜作为该薄膜晶体管的沟道，ATO薄膜作为栅绝缘层，源极、栅极、漏极均采用ITO薄膜。这种透明的薄膜晶体管在可见光区域的透光率可达到80％以上，跟传统的Si薄膜晶体管相比，能防止因入射光而在薄膜晶体管的源极和漏极之间产生光电子漏电流从而导致薄膜晶体管的关态电流上升，可减少可见光对其工作状态的影响。该薄膜晶体管制作工艺简单，成本低，适合应用于有源矩阵液晶显示器件等领域。
文档编号H01L21/02GK1564324SQ20041001745
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者叶志镇, 袁国栋, 朱丽萍, 钱庆 申请人:浙江大学