本发明涉及一种非晶氧化物半导体薄膜，尤其涉及含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜与薄膜晶体管。
背景技术
薄膜晶体管（tft）是微电子特别是显示工程领域的核心技术之一。不论在目前先进显示市场中占绝对主导优势的有源矩阵液晶显示器（amlcd），还是代表未来柔性显示趋势的amoled（有源矩阵有机发光二极管显示器），tft器件均在其中的像素驱动单元中占据关键位置。此外，tft器件还在生物传感、紫外探照等方面得到广泛研究与应用。因此，研制和发展tft器件具有重要的意义。tft最重要的组成部分是其沟道层材料，关于tft的研究也集中在沟道层材料的研发和选择上。
目前，工业生产中tft的沟道层材料主要是非晶硅（a-si）和低温多晶硅（ltps），但是a-sitft迁移率较低（~2cm2/vs），难以驱动大于90英寸的显示器，而基于多晶硅（p-si）技术的tft虽然迁移率高（~100cm2/vs），但是器件均匀性较差，电学性能不稳定，而且制作成本高，这限制了它的应用。同时，si是一种间接带隙窄禁带半导体，在可见光区域是不透明的，像素开口率不能达到100%，为了获得足够的亮度需要增加光源光强，从而增加功率。并且si基半导体材料沟道层光敏性强，需要加掩膜版，也严重影响了开口率。这些缺点制约了si基tft的发展。
此外，有机半导体薄膜晶体管（otft）也有较多的研究，但是otft的稳定性不高，迁移率也比较低（~1cm2/vs），这对其实际应用是一个较大限制。
为解决上述问题，人们近年来开始致力于非晶氧化物半导体（aos）tft的研究，其中最具代表性的是ingazno。一般的非晶材料由于传导过程为跳跃模式，迁移率不高，而ingazno中的in离子外电子壳层结构为4d105s0，s轨道电子云呈球形分布，并且半径足够大以至相互重叠，为半导体电子传输提供了通道，这使得该非晶氧化物半导体也具有较高的迁移率。除了ingazno外，人们研究较多的还包括znalsno、inzno、znsno等非晶氧化物半导体材料。与si基tft相比较，aostft具有如下优点：可见光透明，光敏退化性小，不用加掩膜层，提高了开口率，可解决开口率低对高分辨率、超精细显示屏的限制；易于室温沉积，适用于有机柔性基板；迁移率较高，可实现高的开/关电流比，较快的器件响应速度，应用于高驱动电流和高速器件；特性不均较小，电流的时间变化也较小，可抑制面板的显示不均现象，适于大面积化用途。
在现有的aos材料中，通常含有ii族元素zn。本发明提出除了zn外，再添加一种ii族元素，形成一种新的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜与薄膜晶体管，新掺入的ii族元素一般能与o更好地结合，有效的减少非晶氧化物半导体中氧空位的数量，以提高aos薄膜和薄膜晶体管的性能。
技术实现要素：
本发明针对实际应用需求，提供一种含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜与薄膜晶体管。
首先本发明提供了一种含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜，所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜的特征为：非晶氧化物半导体中至少含有zn、b和o四种元素，其中，zn为锌元素，b为ii族元素be或mg或ca或sr或ba，o为氧元素。
优选的，所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体，，其化学通式为znbmo，或znbamo，其中m为in或sn，a为al或ga或zr或hf或ti或mg或si或ge或nb或sc或y或v或ta或cr或mo或w或re或ni或cu或ag或au。
上述含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜具有非晶态结构，室温下禁带宽度3.3~4.5ev，薄膜厚度10~100nm，可见光区域透过率大于90%。
以所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜为沟道层，制备薄膜晶体管，具有显著的场效应特性。
优选地，以znmgino薄膜为沟道层的薄膜晶体管，开关电流比在106量级，场效应迁移率可达12cm2/vs。
优选地，以znmgalsno薄膜为沟道层的薄膜晶体管，开关电流比在106量级，场效应迁移率可达15cm2/vs。
所述的一种非晶氧化物半导体薄膜及其薄膜晶体管，不限定多元非晶氧化物半导体薄膜的制备方法，但优选地，可采用磁控溅射方法来制备。
本发明所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜znbmo或znbamo材料中：zn为基体元素，为非晶薄膜材料的主体成分；b为载流子浓度控制元素，通过与o的结合，调控o空位，从而调控载流子浓度；a为载流子浓度抑制元素，与o有很强的结合能，可在材料生长过程中可引入更多的o含量，降低o空位，从而降低或抑制载流子的浓度；m具有4d105s0球形电子结构，球形电子云半径足够大以至相互重叠，为载流子传输提供了通道；o为非晶氧化物半导体所必须的组成元素。上述各元素的组合，可使以所述非晶氧化物半导体薄膜为沟道层制备出的薄膜晶体管具有优良的器件性能，包括高的开关电流比和高的迁移率。
本发明的有益效果在于：
1）本发明提出一种含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜与薄膜晶体管，新掺入的ii族元素一般更能与o结合，有效的减少非晶氧化物半导体中氧空位的数量，以提高aos薄膜和薄膜晶体管的性能，特别是可以提高器件的稳定性。
2）本发明所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜，包括有多种金属元素，特别是包含有两种ii族元素，不同的元素组合在一起，可望发挥各自的优势，达到很好的综合性能。
3）本发明所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜，各金属元素导电能力各不相同，形成的氧化物具有良好的材料特性，其电学性能易于通过组分比例实现调控，具有调控性能的广泛空间，可应用于的场合。
4）本发明所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜，可在室温下生长，与有机柔性衬底相兼容，因而可在可穿戴、智能化的柔性产品中获得广泛应用。
5）本发明所述的含有ii族元素的非晶氧化物半导体，具有足够高的可见光透过性，因此透明电子器件中具有很大的应用潜力，并且减弱了其对可见光的敏感度，增强了其可见光稳定性。
6）以本发明提供的含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜作为沟道层，制备出薄膜晶体管，所得器件具有显著的场效应特性，开关电流比在106量级，场效应迁移率可达12~15cm2/vs，性能优良。
具体实施例
以下结合具体实施例进一步说明本发明。
实施例1：非晶znmgino薄膜与薄膜晶体管
采用磁控溅射方法，以znmgino陶瓷片为靶材，在氧化性气氛中室温生长非晶znmgino薄膜，以此作为沟道层。以显示玻璃为衬底，al为栅极、源极和漏极，sio2为绝缘层。采用上述各层薄膜，制备出非晶znmgino薄膜晶体管。
室温生长的非晶znmgino薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，厚度10~100nm，成分分布均匀；室温下禁带宽度3.3~4.2ev，可见光透过率在91%以上。
制备的非晶znmgino薄膜晶体管，对其进行电学性能测试，测试结果为：开关电流比在106量级，场效应迁移率大于12cm2/vs，器件性能在一年内多次测试无明显区别。
实施例2：非晶znmgalsno薄膜与薄膜晶体管
采用磁控溅射方法，以znmgalsno陶瓷片为靶材，在氧化性气氛中室温生长非晶znmgalsno薄膜，以此作为沟道层。以显示玻璃为衬底，al为栅极、源极和漏极，sio2为绝缘层。采用上述各层薄膜，制备出非晶znmgalsno薄膜晶体管。
室温生长的非晶znmgalsno薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，厚度10~100nm，成分分布均匀；室温下禁带宽度3.5~4.5ev，可见光透过率在90%以上。
制备的非晶znmgino薄膜晶体管，对其进行电学性能测试，测试结果为：开关电流比在106量级，场效应迁移率大于15cm2/vs，器件性能在一年内多次测试无明显区别。
上述含有ii族元素的非晶氧化物半导体薄膜及其薄膜晶体管，其性能指标优良，特别是，器件性能稳定性好，显著优于绝大多数文献报道的非晶氧化物半导体薄膜及其薄膜晶体管的稳定性。
在含有ii族元素的非晶氧化物半导体体系中，化学通式为znbmo或znbamo，其中m=in或sn，b=be或mg或ca或sr或ba，a=al或ga或zr或hf或ti或mg或si或ge或nb或sc或y或v或ta或cr或mo或w或re或ni或cu或ag或au，o为氧元素。与上述实施例相比，其它的元素制备的非晶氧化物半导体薄膜也具有同样的机理，具有类似的性质，同样用上述类似的方法进行制备，所得的材料和器件具有类似的性能。