专利名称：基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法
技术领域：
本发明涉及基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，本发明应用在有机发光显示、液晶显示、电子纸显示等领域，也可以用于集成电路领域。
背景技术：
近年来，在平板显示尤其是在有机电致发光显示(OLED)领域，基于氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)越来越受到重视。目前用在平板显示的TFT的半导体沟道层的材料主要是硅材料，包括非晶硅(a_Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅TFT具有对光敏感、迁移率低(< lcm7Vs)和稳定性差等缺点；多晶硅TFT虽然具有较高的迁移率，但是由于晶界的影响导致其电学均勻性差，且多晶硅制备温度高和成本高，限制了其在平板显示中的应用； 微晶硅制备难度大，晶粒控制技术难度高，不容易实现大面积规模量产。基于氧化物半导体的TFT具有载流子迁移率较高(1 100cm7Vs)、制备温度低、对可见光透明等优点，在平板显示的TFT基板领域，有替代用传统硅工艺制备的TFT的发展趋势。传统的硅半导体一般采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备，而以氧化锌(ZnO)为代表的氧化物半导体的制备方法一般采用溅射的方法，这就使得半导体沟道层、栅极、源漏电极的制备可以在同一个设备(溅射仪)中进行；然而，绝缘层大多采用二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)，它们依然要使用PECVD的方法制备，使设备成本无法下降； 同时PECVD的方法制备SiO2或氮化硅SiNx需要较高的温度(大于300摄氏度)，使得器件无法在柔性衬底上制备。因此，寻找无需PECVD、低温制备的绝缘层是降低TFT制备成本、提高其应用范围的一个方向。阳极氧化是一种将金属放入电解质溶液中通电后在金属表面形成一层氧化层的方法，整个过程在室温下进行。阳极氧化只需要一个廉价的直流电源无需大型昂贵的PECVD 设备，并且氧化液可以重复使用，所以用这种方法制备绝缘层的成本会大大降低。如果在氧化物半导体TFT中使用阳极氧化的氧化膜作为绝缘层，则可以使整个TFT制备过程在较低温度下进行，并且只需要一台溅射设备即可完成制备TFT工艺过程，这样TFT的制备成本就会大大降低。阳极氧化的阳极材料一般采用钽(Ta)或铝(Al)，但是Ta的电导率较低，较难满足大面积制备需要，而Al薄膜在退火处理过程中产生较多小丘会对器件性能造成影响， 因此需要采取特殊的方法来避免这些影响。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，使用阳极氧化的方法制备单一氧化绝缘层，使整个薄膜场效应管在制备过程能在较低温度下进行，并且还能大大降低设备和材料的成本，此外还能消除由于热退火产生的小丘。本发明目的通过如下技术方案实现基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，通过如下步骤实现
(1)栅极基片的制备在玻璃基板上通过溅射的方法制备栅极，该栅极的厚度为IOOnm 500nm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到栅极基片；(2)单一氧化绝缘层的制备将所制备的栅极基片放入电解质溶液中通电后在栅极表面形成一层氧化层作为单一氧化绝缘层，该单一氧化绝缘层的厚度为IOOnm 300nm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到单一氧化绝缘层；(3)沟道层的制备在单一氧化绝缘层上面通过溅射的方法制备沟道层，该沟道层的厚度为20nm lOOnm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到沟道层；(4)漏极和源极的制备在沟道层上面通过溅射的方法制备漏极和源极，该漏极和源极的厚度分别为 IOOnm 500nm，通过掩模、光刻或者剥起的方法图形化，得到漏极和源极。上述步骤(1)在玻璃基板上通过溅射的方法制备栅极，其溅射本底真空度优于 1 X IO-3Pa,氩气气压为 0. 2Pa 2Pa,功率为 0. 3ff/cm2 10ff/cm2,厚度为 IOOnm 500nm ； 所述栅极采用铝钕或铝铈合金中的任意一种，铝钕或铝铈合金含有稀土元素(NcUCe)，能改变热膨胀系数，在热退火过程中能够抑制小丘的生长。所述步骤(2)单一氧化绝缘层的具体制备步骤如为将制备好的栅极基片放入电解质溶液的一端接电源正极，电源负极接石墨或金属放入电解质溶液的另外一端，通电进行阳极氧化处理，即阳极氧化处理具体过程是将制备好栅极的基片和石墨或金属放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流，此电流最优选的值为 0. ImA/cm2，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到设定值(此电压最优选的范围是80V 150V)时恒定这个电压，直至阳极和阴极之间的电流小于0. 0ImA/cm2时， 将栅极取出用氮气吹干再经过清洗，这时栅极表面形成一层氧化膜，此氧化膜的厚度与阳极氧化过程中设定的电压值成正比，此氧化膜即为单一氧化绝缘层；所述电解质溶液为柠檬酸或者硫酸中的任意一种，或者酒石酸铵和乙二醇的混合液；所述步骤(3)通过溅射的方法制备沟道层，溅射本底真空度lX10_3Pa，氩气偏压为0. 2 2Pa，氧气偏压为0 0. 3Pa，功率为0. 3 lOW/cm2 ；所述沟道层的材料为掺杂氧化锌材料，掺杂氧化锌材料为在氧化锌中掺入铟、镓、铝、钕或锡中的一种或一种以上；所述步骤(4)溅射本底真空度lX10_3Pa，氩气气压为0. 2 2Pa，功率为0. 3 10ff/cm2,所述源极和漏极分别覆盖在沟道层的两端并且相互间隔；所述源极和漏极的材料为导电材料。所述的单一氧化绝缘层是指在整个薄膜晶体管制备过程中只包含一层绝缘层，即在阳极氧化的方法制备的单一氧化绝缘层和沟道层之间不包含任何其它方法或其它材料制备的薄膜。上述导电材料为Al、Mo、Cr、Cu、Ni、Ta、Au、Ag、Pt、Ti 或者 ITO 等。所述的单一氧化绝缘层是指在整个薄膜晶体管制备过程中只包含一层绝缘层，即在阳极氧化的方法制备的单一氧化绝缘层和沟道层之间不包含任何其它方法或其它材料制备的薄膜。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果(1)本发明使用了铝钕(Al-Nd)或铝铈(Al-Ce)合金作为栅极，这两种合金的薄膜因为含有稀土元素(Nd、Ce)，能改变热膨胀系数，从而抑制热退火时小丘的生长。(2)本发明还采用了阳极氧化的方法制备绝缘层，所述的阳极氧化是一种将所制备的铝钕合金或铝铈合金栅极的基片放入电解质溶液中通电后在栅极表面形成一层氧化层的方法。阳极氧化无需大型设备，并且可在室温下进行。此外，因为氧化层中含有氧化铝，其介电常数较高，所以基于这种单一氧化绝缘层的薄膜晶体管的阈值电压相对较低，有助于降低器件的功耗，而且单一氧化层可以用于制造TFT器件。(3)本发明使用了掺杂氧化锌半导体材料作为沟道层，所述的掺杂氧化锌材料为在氧化锌中掺入铟、铝、钕或锡等元素中的一种或多种元素，这类材料具有迁移率高、制备温度低、均勻性好、对可见光透明、可通过溅射的方法制备等优点。综上所述，本发明技术手段简便易行，具有高性能、低成本、低制备温度、低功耗等优点，便于推广应用。
图IA是本发明所制备的薄膜晶体管的截面示意图；图IB是本发明步骤(1)栅极基片的制备，图中为栅极未被阳极氧化时的截面示意图；图IC是本发明步骤(2)单一氧化绝缘层的制备，图中为栅极被阳极氧化后的截面示意图；图2A是图1薄膜晶体管的俯视图。图2B、2C是本发明步骤(3)沟道层的制备，图中为沟道层的长度和宽度及沟道层所形成的导电沟道区域位置关系示意图。图3是实施例1中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。图4是实施例2中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。
图5是实施例3中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。图6是实施例4中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。图7是实施例5中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。图8是实施例6中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施方式对本发明进行说明，但需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护的范围的限定。图IA是本发明所制备的基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的结构示意图，包括玻璃基板10、栅极11、单一氧化绝缘层12、沟道层13、源极14a和漏极14b ；栅极11位于玻璃基板10之上，单一氧化绝缘层12覆盖在栅极11之上，沟道层13位于单一氧化绝缘层12 之上，源极14a和漏极14b分别覆盖在沟道层的两端。玻璃基板10为透明玻璃。为了解决Al薄膜容易起小丘的问题，本发明使用了铝钕(AlxNdy)或铝铈(AlxCey)合金作为栅极11，其中0 < y彡0. 1，x+y = 1 ；这两种合金的薄膜因为含有稀土元素(NcUCe)，能改变热膨胀系数，从而抑制小丘的生长。栅极11通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于IX 10_3Pa，氩气气压为0. 2 2Pa，功率为0. 3 IOW/ cm2，厚度为100 500nm，通过掩模或光刻的方法形成图形，如图IB所示。将制备好栅极11基片放入电解质溶液的一端接电源正极，电源负极接石墨或金属如铁、钼、钛等放入电解质溶液的另外一端，通电进行阳极氧化。阳极氧化步骤如下先加恒定的电流0. ImA/cm2，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到设定值时， 恒定这个电压，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为0. 00ImA/cm2时，将栅极11基片取出用氮气吹干再经过清洗，这时铝合金薄膜表面(即栅极11基片的表面)形成一层氧化膜，此氧化膜的厚度与阳极氧化过程中设定的电压值成正比。此氧化膜作为本发明的薄膜晶体管的单一氧化绝缘层12，其最优厚度为80 300nm。阳极氧化后栅极11的表面与氧化液接触到的地方均被氧化层(单一氧化绝缘层12)所包围，如图1C、图2A所示。阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液、柠檬酸或硫酸等。沟道层13的材料为掺杂氧化锌材料，所述的掺杂氧化锌材料为在氧化锌(ZnO)中掺入铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、钕(Nd)或锡(Sn)等元素中的一种或多种元素，如Ιη-Ζη-0、 In-Ga-Zn-0、In-Al-Zn-0、In-Al-Nd_Zn-0、Zn-Sn-0等，这些材料具有较高的电子迁移率、对可见光透明、可通过溅射成膜、稳定性较好、制备温度低等优点。沟道层13通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X IO-3Pa,氩气偏压为0. 2 2Pa，氧气偏压为0 0. 3Pa,功率为0. 3 10W/cm2，厚度为20 lOOnm，通过光刻图形化，如图2A所示。源极14a 和漏极 14b 材料为导电材料 Al、Mo、Cr、Cu、Ni、Ta、Au、Ag、Pt、Ti 或 ITO 等，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X IO-3Pa,氩气气压为0. 2 2Pa，功率为 0. 3 lOW/cm2，厚度为100 600nm ；通过光刻或者剥起(lift-off)的方法成形。源极14a 和漏极14b分别覆盖在沟道层13的两端并且相互间隔，此间隔的距离即为沟道长度(L)， 源极14a和漏极14b的前后端的长度即为沟道宽度(W)如图2B所示；在沟道层13上源极 14a和漏极14b之间相互间隔的矩形区域为导电沟道区域15，导电沟道区域15应位于沟道层13的边缘以内，并且位于栅极11的边缘以内，如图2C所示。下面通过5个具体实施例对本发明做进一步的详细描述。实施例1本实施例利用ZnO中同时掺入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxNdyU = 0. 99, y = 0. 01)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于ι χ IO-3Pa,氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；单一氧化绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为 0. 00ImA/cm2时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的膜的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为ΙΤ0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为 l(T3Pa，氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过剥起(lift-off)的方法形成沟道的宽度和长度分别为IOOym和ΙΟμπι，宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图3是实施例1的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-IOV到IOV扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为10. lcnArY1，阈值电压为IV，开关比(Iw。ff)为107。实施例2本实施例利用ZnO中同时掺入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxNdyU = 0. 97, y = 0. 03)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X 10_3Pa，氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；单一氧化绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为 0. 00ImA/cm2时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为 0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的沟道层13的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为ΙΤ0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为 l(T3Pa，氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过lift-off的方法形成沟道的宽度和长度分别为IOOym和IOym,宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图4是实施例2的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-10V到10V扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为10. ScmW1，阈值电压为IV，开关比(I。n/。ff)为109。实施例3本实施例利用ZnO中同时掺入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxNdyU = 0.9,y = 0. 1)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X IO-3Pa,氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；单一氧化绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为 0. 00ImA/cm2时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为 0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的膜的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为ΙΤ0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为 l(T3Pa，氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过lift-off的方法形成沟道的宽度和长度分别为IOOym和IOym,宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图5是实施例3的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-IOV到IOV扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为9. Scm2W1iT1,阈值电压为IV，开关比(I。n/。ff)为109。实施例4本实施例利用ZnO中同时掺入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxCeyU = 0. 98, y = 0. 02)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X 10_3Pa，氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；单一氧化绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为 0. 00ImA/cm2时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为 0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的膜的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为ΙΤ0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa， 氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过lift-off的方法形成沟道的宽度和长度分别为ΙΟΟμπι和ΙΟμπι，宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图6是实施例4的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-10V到10V扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为0. Zcn^fiT1，阈值电压为3V，开关比(I。n/。ff)为107。实施例5本实施例利用ZnO中同时掺入Al、Nd、In (Nd-Al-In-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxCeyU = 0. 9，y = 0. 1)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于1 X IO-3Pa,氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；单一氧化绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为0. 00ImA/cm2 时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为 0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的膜的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为IT0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为 l(T3Pa，氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过lift-off的方法形成沟道的宽度和长度分别为IOOym和IOym,宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图7是实施例5的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-IOV到IOV扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为0. Icm2V-1S-1,阈值电压为2V，开关比(I。n/。ff)为107。实施例6本实施例利用ZnO中同时掺入IruGa (In-Ga-Zn-O)材料作为沟道层13，制备了薄膜晶体管(其结构示意图如图IA所示)。其中，玻璃基板10的材料为无碱玻璃，厚度为0. 4mm ；栅极11的材料为AlxNdyU = 0. 97, y = 0. 03)，通过溅射的方法制备，溅射本底真空度优于ι χ IO-3Pa,氩气气压为0. 6Pa,功率为lOW/cm2，厚度为300nm，通过光刻的方法成形；绝缘层12为通过阳极氧化制备，阳极氧化中使用的电解质溶液可以是酒石酸铵和乙二醇的混合液，将制备好栅极11的基片和不锈钢板放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V，恒定100V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为0. 00ImA/cm2 时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为140nm ；沟道层13通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为10_3Pa，氩气偏压为为 0. 5Pa，氧气偏压为为0. 04Pa，功率为lW/cm2，所制备的膜的厚度为30nm，通过光刻的方法成形；源极14a和漏极14b的材料为ΙΤ0，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空度为 l(T3Pa，氩气偏压为为0. 6Pa，功率为0. 5W/cm2，厚度为250nm，通过lift-off的方法形成沟道的宽度和长度分别为IOOym和IOym,宽长比为10 1。所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图8是实施例6的薄膜晶体管测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为源极电压(Vs)为 0V，漏极电压(Vd)恒定为5V，栅极电压(Vg)从-10V到10V扫描，测试漏极电流(Id)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为2. Icm2W1iT1,阈值电压为4V，开关比(I。n/。ff)为109。如上所述便可较好的实施本发明。通过如上实施例可以看出本发明的基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的整个制备过程只需用一种大型设备(溅射仪)，因此其制备成本低；此外，这种薄膜晶体管的工作电压较低(最大电压只有10V)有助于降低器件的功耗； 再来，这种薄膜晶体管使用了掺杂氧化锌半导体材料作为沟道层，迁移率相对较高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包含如下步骤(1)栅极基片的制备在玻璃基板上通过溅射的方法制备栅极，该栅极的厚度为IOOnm 500nm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到栅极基片；(2)单一氧化绝缘层的制备将所制备的栅极基片放入电解质溶液中通电后在栅极表面形成一层氧化层作为单一氧化绝缘层，该单一氧化绝缘层的厚度为IOOnm 300nm，通过掩模或光刻的方法图形化， 得到单一氧化绝缘层；(3)沟道层的制备在单一氧化绝缘层上面通过溅射的方法制备沟道层，该沟道层的厚度为20nm lOOnm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到沟道层；(4)漏极和源极的制备在沟道层上面通过溅射的方法制备漏极和源极，该漏极和源极的厚度分别为IOOnm 500nm，通过掩模、光刻或者剥起的方法图形化，得到漏极和源极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述栅极的材料采用铝钕或铝铈合金中的任意一种；所述步骤(2)单一氧化绝缘层的具体制备步骤如为将制备好的栅极基片放入电解质溶液的一端接电源正极，电源负极接石墨或金属放入电解质溶液的另外一端，通电进行阳极氧化处理，即阳极氧化处理具体过程是将制备好栅极的基片和石墨或金属放入电解质溶液中分别作为阳极和阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流为0. ImA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到设定值80V 150V时恒定这个电压，直至阳极和阴极之间的电流小于0. 0ImA/cm2时，将栅极取出用氮气吹干再经过清洗，这时栅极表面形成一层氧化膜，此氧化膜的厚度与阳极氧化过程中设定的电压值成正比，此氧化膜即为单一氧化绝缘层；所述电解质溶液为柠檬酸或者硫酸中的任意一种，或者为酒石酸铵和乙二醇的混合液；所述沟道层的材料为掺杂氧化锌材料，掺杂氧化锌材料为在氧化锌中掺入铟、镓、铝、 钕或锡中的一种或一种以上；所述源极和漏极分别覆盖在沟道层的两端并且相互间隔；所述源极和漏极的材料为导电材料。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的单一氧化绝缘层是指在整个薄膜晶体管制备过程中只包含一层绝缘层。
全文摘要
本发明公开了基于阳极氧化绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其包括玻璃基板、栅极、单一氧化绝缘层、沟道层、源极和漏极的制备过程；栅极位于玻璃基板之上，单一氧化绝缘层覆盖在栅极之上，沟道层位于绝缘层之上，源极和漏极分别覆盖在沟道层的两端并且相互间隔。其中单一氧化绝缘层采用阳极氧化的方法制备，沟道层的材料为掺杂氧化锌半导体。该薄膜晶体管具有制备成本及温度低、阈值电压较低、载流子迁移率较高以及开关比高等优点。
文档编号H01L21/288GK102332404SQ201110281888
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者兰林锋, 彭俊彪, 徐苗, 曹镛, 王磊, 许伟, 邹建华, 陶洪 申请人:华南理工大学, 广州新视界光电科技有限公司