新型氧化物薄膜晶体管器件的制作方法

本发明涉及一种通过溶剂对薄膜晶体管的氧化物层表面进行修饰的方法，该薄膜晶体管主要用于有机发光显示、液晶显示、电子纸的有源驱动，也可以用于集成电路。

背景技术：

近年来，基于金属氧化物的薄膜晶体管因为其迁移率高、透光性好、薄膜结构稳定、制备温度低以及成本低等优点受到越来越多的重视。金属氧化物薄膜晶体管的发展主要目票是用于平板显示、柔性电子器件、透明电子器件以及传感器等方面。在平板显示方面，目前主要使用氢化非晶硅(a-Si:H)或多晶硅等材料的薄膜晶体管，然而氢化非晶硅材料的局限性主要表现在对光敏感、电子迁移率低(<1cm²/Vs)以及电学参数稳定性差等方面，而多晶硅薄膜的局限性主要体现在电学性质均匀性差、制备温度高以及成本高等方面。

氧化物半导体材料主要包括氧化锌(ZnO)、氧化铟镓(InGaO)、氧化锌锡(ZnSnO)、氧化铟镓锌(InGaZnO)等。基于这些金属氧化物的薄膜晶体管电子迁移率高(1～100cm²/Vs)、制备温度低(<400℃，远低于玻璃的熔点)、成本低(只需要普通的溅射工艺即可完成)以及持续工作稳定性好。正因为如此，基于氧化物的薄膜晶体管在平板显示领域尤其是有机发光显示(OLED) 领域有替代传统的硅材料工艺薄膜晶体管的趋势，受到学术界和业界的关注和广泛研究。

通常，基于氧化物的薄膜晶体管都没有电偶极子层，即只有一层氧化物半导体，由于氧化物半导体表面存在缺陷多、容易与空气中的氧、水等发生反应等缺点，这种器件的磁滞回线较大，阈值电压容易发生漂移，器件性能不稳定。

因此，为解决以上问题，需要一种新型氧化物薄膜晶体管器件，能够减小器件磁滞回线，提高器件稳定性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供新型氧化物薄膜晶体管器件，能够减小器件磁滞回线，提高器件稳定性。

本发明的新型氧化物薄膜晶体管器件，由下往上依次包括基层、栅极、绝缘层、氧化物层、氧化钼层、电偶极子层、源极和漏极；所述氧化钼层包括左氧化钼层和右氧化钼层且间隔覆盖于氧化层上表面横向左、右侧，所述源极和漏极分别覆盖于左氧化钼层和右氧化钼层且电偶极子层覆盖于氧化物层上表面上位于左氧化钼层和右氧化钼层之间处。

进一步，所述电偶极子层通过甲醇溶剂旋涂制得。

进一步，所述电偶极子层的厚度为5-10nm。

进一步，所述氧化钼层的厚度为2-4nm。

进一步，所述氧化钼层通过蒸镀制得。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种新型氧化物薄膜晶体管器件，具有如下优点和有益特征：

(1)本发明相比原有的氧化物薄膜晶体管器件结构多了一层电偶极子层，该电偶极子层能在不损伤氧化物层的前提下有效修饰氧化物表面以提高器件稳定性；

(2)本发明所述的电偶极子层可通过旋涂甲醇、无水乙醇、异丙醇、二甲苯、甲苯、氯仿等普通溶剂而形成，所述溶剂均为较常见的溶剂，而且工艺简单；

(3)本发明通过氧化钼层利于提高源极和漏极与氧化物层接触的电学性能，改善器件性能。

附图说明

图1是本发明的经溶剂修饰的金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图；

图2A和2B是实例1中的转移特性曲线，即在源漏电极之间施加10V电压时，输出电流与栅极电压之间的关系曲线；

图3A和3B是实例2中的转移特性曲线，即在源漏电极之间施加10V电压时，输出电流与栅极电压之间的关系曲线；

图4A和4B是实例3中的转移特性曲线，即在源漏电极之间施加10V电压时，输出电流与栅极电压之间的关系曲线；

图5A和5B是实例4中的转移特性曲线，即在源漏电极之间施加10V电压时，输了电流与栅极电压之间的关系曲线。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例保护的范围；本实施公开的一种新型氧化物薄膜晶体管器件，由下往上依次包括基层1、栅极3、绝缘层2、氧化物层4、氧化钼层、电偶极子层7、源极8和漏极6；所述氧化钼层包括左氧化钼层9和右氧化钼层5且间隔覆盖于氧化层上表面横向左、右侧，所述源极和漏极分别覆盖于左氧化钼层和右氧化钼层且电偶极子层覆盖于氧化物层上表面上位于左氧化钼层和右氧化钼层之间处。

本实施例中，所述电偶极子层通过甲醇溶剂旋涂制得。

本实施例中，所述电偶极子层的厚度为5-10nm；优选为8nm。

本实施例中，所述氧化钼层的厚度为2-4nm；优选为3nm，所述氧化钼层为三氧化钼；所述氧化钼层通过蒸镀制得；通过氧化钼层利于提高源极和漏极与氧化物层接触的电学性能，改善器件性能；同时氧化钼层对氧化物层的顶面边缘进行覆盖保护，避免氧化物层因氧化物半导体表面存在缺陷多、容易与空气中的氧、水等发生反应等缺点，导致器件的磁滞回线较大，阈值电压容易发生漂移，器件性能不稳定。

图1显示了根据实施方式中所述的经溶剂修饰的氧化物薄膜晶体管的结构，其包括：基板，栅极位于基板之上，绝缘层位于栅极之上，氧化物层位于绝缘层之上，源极和漏极分别位于氧化物层的两端并被电子偶极层相互隔开，电子偶极层位于氧化物层之上。源极和漏极的间隔左右两端的距离即为沟道长度(L),源漏电极的前后端的长度即为沟道宽度(W)。

基板的材料为玻璃等透明材料，厚度0.2～1mm。

首先，在玻璃基板上通过溅射的方法制备一层厚度为50～500nm的栅极材料的薄膜，通过掩膜或光刻的方法图形化，得到栅极。

栅极的材料可以是铝或铝合金；也可以是铝和铝合金之外的其他金属或金属氧化物导电材料，如：钼(Mo)、铬(Cr)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、氧化铟锡 (ITO)等。

绝缘层用阳极氧化或化学气相沉积的方法制备，厚度为10～100nm，通过光刻或掩膜的方法图形化。

若栅极的材料为铝或铝合金，则绝缘层通过阳极氧化的方法制备。阳极氧化的具体过程是将制备好铝或铝合金的基片放入电解质溶液中作为阳极，石墨或导电金属板放入电解质溶液中作为阴极，先在阳极和阴极之间加恒定的电流，此电流最优选的值为0.1mA/cm²,阳极和阴极之间电压将随时间线性升高，当电压达到设定值(此电压优选的范围是80V～150V)时恒定这个电压，直至阳极和阴极之间的电流小于0.01mA/cm²时，将基片取出用氮气吹干再经过清洗，这里栅极表面形成一层氧化膜，此氧化膜即为绝缘层，此氧化膜的厚度与阳极氧化过程中设定的电压值成正比；所述的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。

若栅极的材料为除铝和铝合金之外的其他金属或金属氧化物导电材料，则绝缘层通过化学气相沉积(PECVD)的方法制备的二氧化硅(SiO2)或氮化硅 (SiNx)等。

氧化物层通过溅射的方法沉积在绝缘层之上，厚度30～50nm,纯氩的气氛，通过掩膜或光刻的方法图形化。

在氧化物层之上通过真空溅射或蒸镀的方法制备所述的源极和漏极，厚度为0～00nm,通过掩膜或光刻的方法图形化。源极和漏极的材料可以是铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、氧化铟锡(ITO)等导电材料。

电偶极子层通过旋涂的方法制备，厚度为8nm。

下面通过4个具体实例对本发明作进一步的详细描述。

本实施例利用铝合金(铝或铝的合金)作为栅极材料。玻璃基板的材料为无碱玻璃，厚度为0.4mm。

首先在玻璃基板上通过溅射的方法制备一层厚度为300nm的铝合金薄膜，溅射本底真空度优于1×^-3Pa,氩气流量为60SCCM，功率为W/cm²,厚度为 300nm,通过光刻的方法图形化得到栅极。

绝缘层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0.1mA/cm²，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到10V，恒定10V，直至阳极和阴极之间的电流减小至约为0.001mA/cm²时，将基片取出用氮气吹干再清洗，测得氧化膜厚度为10nm。

氧化物层通过溅射的方法制制备。本底真空5×^-4Pa,氩气流量为25SCCM，工作压强0.25Pa厚度为30～50nm。通过掩膜或光刻的方法进行图形化。

源极和漏极的材料为ITO，通过溅射的方法制备，溅射的本底真空5×^-4Pa，氩气流量25SCCM,工作压强0.25Pa,功率为0.52W/cm²，厚度为280nm，通过掩膜的方法形成沟道的宽度和长度分别为100μm和300μm，宽长比为1:3。

电偶极子层通过旋涂的方法制得。溶剂为甲醇，转速2000r/min，40s，厚度为8nm。

所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图2A和2B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。其中图2A 是加电偶极子层之前测试的曲线，图2B是加电偶极子层之后进行测试的曲线。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为0V，漏极电压(VD)恒定为V，栅极电压(VG)从-V到V扫描，测试漏极电流(ID)。

实施例2

本实施例中的基板、栅极、绝缘层、氧化物层、源极和漏极所用的材料以及制备方法均与实施例1中的完全相同。

电偶极子层通过旋涂无水乙醇制备，2000r/min，40s，厚度为7nm。

所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图3A和3B是实施例2中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。其中图 3A是加电偶极子层之前测试的曲线，图3B是加电偶极子层之后进行测试的曲线。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为10V，漏极电压(VD)恒定为V，栅极电压(VG)从-V到V扫描，测试漏极电流(ID)。

实施例3

本实施例中的基板、栅极、绝缘层、氧化物层、源极和漏极所用的材料以及制备方法均与实施例1中的完全相同。

电偶极子层通过旋涂异丙醇制备，2000r/min，40s，厚度为8nm。

所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图4A和4B是实施例3中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。其中图 4A是加电偶极子层之前测试的曲线，4B是加电偶极子层之后进行测试的曲线。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为10V，漏极电压(VD)恒定为V，栅极电压(VG)从-V到V扫描，测试漏极电流(ID)。

实施例4

本实施例中的基板、栅极、绝缘层、氧化物层、源极和漏极所用的材料以及制备方法均与实施例1中的完全相同。

电偶极子层通过旋涂二甲苯制备，2000r/min，40s，厚度为7nm。

所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图5A和5B是实施例4中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。其中图 5A是加电偶极子层之前测试的曲线，图5B是加电偶极子层之后进行测试的曲线。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为10V，漏极电压(VD)恒定为10V，栅极电压(VG)从-V到V扫描，测试漏极电流(ID)。