薄膜晶体管、显示装置及薄膜晶体管的制备方法与流程

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管、显示装置及薄膜晶体管的制备方法。

背景技术：

薄膜晶体管(thinfilmtransistor，tft)是一种场效应晶体管，包括源漏电极、有源层(又称沟道层)、栅电极和绝缘层(又称介质层)。薄膜晶体管作为有源矩阵电子器件的核心驱动元件，广泛应用于有源有机发光二极管显示器和液晶显示器中。

含氢非晶硅薄膜晶体管(a-si:htft)在有源矩阵液晶显示(am-lcd)器件中占主导地位，但是a-si:htft载流子迁移率较低，无法驱动尺寸较大的am-oled。多晶硅薄膜晶体管(p-sitft)有较高的载流子迁移率，但需要在高温条件下制备，这种制备方法仅能应用于耐高温的衬底上。低温多晶硅薄膜晶体管(ltpstft)的载流子迁移率提升，但制备工艺难度大、均匀性差，限制了其在大尺寸和柔性显示器件中的应用。

技术实现要素：

第一方面，本发明提供了一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的有源层为铟镓锌氧化物膜，所述铟镓锌氧化物薄膜中掺杂有光敏活性剂。

可选地，上述的薄膜晶体管，所述光敏活性剂为乙酰丙酮；

优选地，所述有源层中，铟原子：镓原子：锌原子：乙酰丙酮的摩尔比为(2-10):(2-10)：(2-10):(5-50)。

进一步可选地，上述的薄膜晶体管，所述铟镓锌氧化物中的铟、镓、锌和氧形成四面体结构，所述乙酰丙酮分散于所述四面体结构中。

可选地，上述的薄膜晶体管，所述有源层的表面经等离子体处理。

第二方面，本发明提供了一种显示装置，包括上述的薄膜晶体管。

第三方面，本发明提供了一种薄膜晶体管的制备方法，包括制备有源层，所述制备有源层的步骤包括：

将铟盐、镓盐、锌盐溶解到第一有机溶剂中形成第一准备液；

向所述第一准备液中溶解入光敏活性剂，形成前驱体液；

将所述前驱体液分布到基底上并固化形成含有光敏活性剂的铟镓锌氧化物膜。

可选地，上述的制备方法，所述光敏活性剂为乙酰丙酮。

可选地，上述的制备方法，所述铟盐选自由硝酸铟水合物、醋酸盐铟水合物和氯酸盐铟水合物组成的组中的一种，所述锌盐选自由硝酸锌水合物、醋酸盐锌水合物和氯酸盐锌水合物组成的组中的一种，所述镓盐选自由硝酸镓水合物、醋酸盐镓水合物和氯酸盐镓水合物组成的组中的一种；

优选地，所述第一有机溶剂为2-甲氧基乙醇。

进一步可选地，上述的制备方法，所述铟盐、所述镓盐、所述锌盐和所述乙酰丙酮的摩尔比为(2-10):(2-10)：(2-10):(5-50)。

可选地，上述的制备方法，所述形成含有光敏活性剂的铟镓锌氧化物膜的步骤还包括：

通过掩膜板对所述半导体膜进行曝光处理，使所述半导体膜形成保留区和溶解区；将所述曝光处理后的半导体膜浸泡于第二有机溶剂中，去除所述溶解区，形成图形化的半导体膜；

优选地，所述第二有机溶剂为乙醇。

可选地，上述的薄膜晶体管的制备方法，还包括：

在形成所述有源层之前，在基板上依次沉积和图形化第一导电膜和绝缘材料薄膜，形成所述栅电极和所述绝缘层；

在形成所述有源层之后，在所述有源层上沉积和图形化第二导电膜，形成所述源电极和所述漏电极。

法形成图形化半导体薄膜，所述图形化半导体薄膜为所述有源层。

可选地，上述的薄膜晶体管的制备方法，还包括：

在形成所述有源层之前，在基板上沉积和图形化第二导电膜，形成所述源电极和所述漏电极；

在形成所述有源层之后，在所述有源层上依次沉积和图形化绝缘材料薄膜和第一导电膜，形成所述绝缘层和所述栅电极。

本发明中所使用的光敏活性剂，是指通过紫外光、深紫外光、电子束、离子束、x射线等光照或辐射后，在特定溶剂中的溶解度发生变化的光敏活性材料。例如，光敏活性剂在光照后溶解度降低，使光敏活性剂在该溶剂中由溶解状态变为不可溶状态。或者，光敏活性剂在光照后溶解度增加，使光敏活性剂在该溶剂中由不可溶状态变为溶解状态。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的有源层为铟镓锌氧化物膜，所述铟镓锌氧化物薄膜中掺杂有光敏活性剂。铟镓锌氧化物的导电率高，有源层具有较高的载流子迁移率，使薄膜晶体管具有大的开态电流(ion)，铟镓锌氧化物膜中掺杂的光敏活性剂使薄膜晶体管的关断性能提升，减小了薄膜晶体管的关态电流(ioff)，使薄膜晶体管的开态电流与关态电流的比值增加(ion/ioff)，薄膜晶体管的驱动性能提升。

2.本发明提供的显示装置，包括上述的薄膜晶体管，通过薄膜晶体管的有效驱动，使显示装置的显示性能提升。

3.本发明提供的薄膜晶体管的制备方法，其中，有源层的制备步骤包括：将铟盐、镓盐、锌盐溶解到第一有机溶剂中形成第一准备液；向所述第一准备液中溶解入光敏活性剂，形成前驱体液；将所述前驱体液分布到基底上并固化形成含有光敏活性剂的铟镓锌氧化物膜。通过溶解光敏活性剂，使铟镓锌氧化物膜在制备过程中受光照处理后溶解度改变，铟镓锌氧化物膜在浸泡于有机溶剂中后，曝光区域保留，而未曝光区域溶解，得到图形化的半导体膜。与传统半导体膜的制备方法相比，本发明提供的制备方法避免使用光刻胶，在图形化过程中，不需要在金属氧化物半导体膜的表面涂布和剥离光刻胶，并且在对半导体膜进行光刻处理后不需要进一步进行刻蚀处理，简化了图形化的工艺步骤，缩短了工艺时间，同时，能够避免光刻胶剥离过程对铟镓锌氧化物膜造成的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中的薄膜晶体管的结构示意图；

图2是本发明实施例2中薄膜晶体管的结构示意图；

附图标记说明：

1-基板；2-栅电极；3-绝缘层；4-有源层；5-漏电极；6-源电极；7-钝化层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

实施例1

本实施例提供一种薄膜晶体管，如图1所示，包括：形成在基板1上的栅电极2，形成在栅电极2上并延伸覆盖基板1顶部表面的绝缘层3，形成在绝缘层3上的有源层4，形成在有源层4上的源电极6和漏电极5，形成在源漏电极上并部分覆盖有源层4顶部表面的钝化层7。

栅电极2的由金属钼(mo)掺杂b⁺形成，通过离子掺杂，对栅电极2进行导体化处理，以增加栅电极2的导电性。绝缘层3的材料选择氧化硅(siox)，源电极6和漏电极5的材料为钛铝钛叠层。有源层4是铟镓锌氧化物膜，铟镓锌氧化物膜中掺杂有光敏活性剂。其中，光敏活性剂具体的为乙酰丙酮，通过掺杂乙酰丙酮，使薄膜晶体管的关断性能提升，减小了薄膜晶体管的关态电流(ioff)；由于铟镓锌氧化物的导电率高，薄膜晶体管具有大的开态电流(ion)，因此，薄膜晶体管的开态电流与关态电流的比值增加(ion/ioff)，薄膜晶体管的驱动性能提升。

铟镓锌氧化物膜中的zno形成正四面体结构，ga原子以及in原子替代四面体结构中的部分zn原子的位置，形成以铟、镓、锌和氧形成四面体结构。光敏活性剂为乙酰丙酮(c5h7o2)，乙酰丙酮均匀分散于四面体结构中。利用四面体结构的稳定性，提升有源层4的载流子传输的稳定性，进而提高薄膜晶体管的稳定性。

铟镓锌氧化物膜中，铟原子：镓原子：锌原子：乙酰丙酮的摩尔比为10:2:2:15，通过调节铟、镓、锌的原子比，对铟镓锌氧化物膜的载流子浓度进行调节，以获得较佳的迁移率，以提高薄膜晶体管的开态电流(ion)。

进一步地，铟镓锌氧化物膜的表面可以进行等离子体处理，例如，选用射频管产生等离子体，对铟镓锌氧化物膜的表面进行等离子体轰击。形成等离子体的气体包括保护性气氛或者反应性气氛，保护性气氛可以为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或者混合气体。反应性气氛可以为空气、氧气、氢气、氨气、二氧化碳中的一种或者混合气体。通过等离子处理，使铟镓锌氧化物膜的表面被导体化，增加其导电性，从而减小铟镓锌氧化物膜与接触电极之间的电阻，提高器件开态电流与关态电流之间的比值(ion/ioff)。

本实施例还提供了上述薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

s1，选择玻璃材质的基板1，并将其清洗干净，在玻璃基板1上沉积掺杂b⁺的金属钼材料，形成第一导电膜，通过光刻和刻蚀工艺对第一导电膜进行图形化处理，形成栅电极2。

s2，在栅电极2和基板1上沉积siox的绝缘材料，形成绝缘材料膜，通过光刻和刻蚀工艺对绝缘材料膜进行图形化处理，得到绝缘层3，绝缘层3形成在栅电极2上并延伸覆盖基板1顶部表面。

s3，在绝缘层3远离基板1的一侧制备有源层4，具体包括以下步骤：

s31，将铟盐、镓盐、锌盐溶解到第一有机溶剂中形成第一准备液；

称取硝酸铟in(no3)3水合物、硝酸镓ga(no3)3水合物和硝酸锌zn(no3)2水合物，溶于第一有机溶剂中，第一有机溶剂具体地为2-甲氧基乙醇，形成第一准备液；

s32，向第一准备液中溶解入光敏活性剂，形成前驱体液；

继续向第一准备液中加入乙酰丙酮，充分搅拌后静置，至形成均匀稳定的前驱体液。前驱体液中in³⁺：ga³⁺：zn²⁺：乙酰丙酮的摩尔比为10:2:2:15，其中，in³⁺的摩尔浓度为5m。

s33，以绝缘层4为基底，将上述的前驱体液分布到基底上并固化形成含有光敏活性剂的铟镓锌氧化物膜，具体如下所示：

s331，采用旋涂法、丝网印刷法、喷雾印刷法、滴涂法或浸涂法等等在基板上沉积前驱体液；例如，选择旋涂法沉积前驱体液，旋转涂覆的转速为(500-6000)转/分钟，形成铟镓锌氧化物膜。基板在用于沉积前，需要进行清洁处理，避免在沉积过程中引入杂质。

s332，将上述的铟镓锌氧化物膜在300-600℃下加热0.5h-4.5h，对igzo半导体膜进行退火处理，使铟镓锌氧化物膜初步干燥，促进溶剂挥发，有利于前驱体液中盐类的分解反应，生长所需的铟镓锌氧化物膜，并且使铟镓锌氧化物膜的表面缺陷态和厚度均一性得到改善。

s333，通过具有预设特征图形的掩膜板对上述退火后的铟镓锌氧化物膜进行遮盖，然后在紫外光下曝光处理。掩膜板分为漏光区和不漏光区，通过掩膜板进行曝光处理后，使铟镓锌氧化物膜形成曝光区域和未曝光区域，其中曝光区域的铟镓锌氧化物膜受紫外光光照，发生交联固化，对应形成保留区；而未曝光区的铟镓锌氧化物膜未受到紫外光的照射，其化学性质保持不变，对应形成溶解区。

s334，将曝光处理后的铟镓锌氧化物膜浸泡于第二有机溶剂中，第二有机溶剂具体地为乙醇溶液。铟镓锌氧化物膜的溶解区在乙醇中溶解而被去除，保留区由于受紫外照射发生交联固化，不溶于乙醇而被保留，使铟镓锌氧化物膜形成预设的特征图形；

s335，对溶解区去除后的铟镓锌氧化物膜进行烘烤处理，使铟镓锌氧化物膜完全干燥，消除曝光区域和未曝光区域边界处的驻波效应，提高图形的分辨率，制得图形化的铟镓锌氧化物膜。

s336，选择氮气的保护性气氛，以射频管产生等离子体，对铟镓锌氧化物膜的表面进行等离子体轰击，使铟镓锌氧化物膜的表面经等离子体处理被导体化。

s4，在有源层4远离绝缘层3的一侧依次沉积钛材料、铝材料和钛材料，形成钛铝钛的叠层，即为第二导电膜，通过光刻和刻蚀工艺对第二导电膜进行图形化处理，形成源电极6和漏电极5。

s5，在源电极6和漏电极5上沉积siox，形成覆盖源电极6和漏电极5的顶部表面并延伸覆盖有源层4顶部表面的钝化层7。

上述的制备方法中，在制备薄膜晶体管的有源层4时，向第一准备液中加入具有光敏活性的乙酰丙酮，作为制备铟镓锌氧化物膜的前驱体液，使铟镓锌氧化物膜具有光敏性质，在受到紫外光照射后，光敏性的铟镓锌氧化物膜发生交联固化，在第二有机溶剂(乙醇)中的溶解度降低，将曝光处理的铟镓锌氧化物膜浸泡于乙醇中，未受到紫外光照射的铟镓锌氧化物膜在乙醇中溶解，而受到紫外光照射的铟镓锌氧化物膜的保留区由于溶解度减小在乙醇中不溶解，得到掩膜板上预设的特征图形，形成图形化铟镓锌氧化物膜。上述的制备过程中，不需要使用光刻胶，避免了光刻胶的涂布和剥离步骤，并且省去的刻蚀步骤，使图形化铟镓锌氧化物膜的制备工艺简化、制备时间减少、制备成本降低，并能避免在光刻胶剥离过程中可能产生的薄膜受损，或者由于光刻胶残留造成性能降低。

实施例2

本实施例提供一种薄膜晶体管，与实施例1中提供的薄膜晶体管的区别在于：如图2所示，薄膜晶体管包括形成在基板1上的栅电极2，形成在栅电极2上并延伸覆盖基板1顶部表面的绝缘层3，形成在绝缘层3上的有源层4，形成在有源层4上的源电极6和漏电极5，形成在源漏电极上并部分覆盖有源层4顶部表面的钝化层7。

其中，有源层4为铟镓锌氧化物膜，铟镓锌氧化物膜中掺杂有作为光敏活性剂的乙酰丙酮。铟镓锌氧化物膜中铟原子：镓原子：锌原子：乙酰丙酮的摩尔比为2:10:10:50。

上述薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：

s1，选择玻璃材质的基板1，并将其清洗干净，在玻璃基板1上依次沉积钛材料、铝材料和钛材料，形成钛铝钛的叠层，即为第二导电膜，通过光刻和刻蚀工艺对第二导电膜进行图形化处理，形成源电极6和漏电极5。

s2，在源电极6、漏电极5和基板1制备有源层4，使有源层4形成在源电极6和漏电极5的顶部表面，并延伸覆盖基板1的顶部表面。有源层4的制备方法与实施例1中提供的制备方法的区别仅在于：在s32步骤中，前驱体液中in³⁺：ga³⁺：zn²⁺：乙酰丙酮的摩尔比为2:10:10:50，其中，in³⁺的摩尔浓度为2m。

s3，在有源层4远离基板1的一侧面上沉积siox的绝缘材料，形成绝缘材料膜，通过光刻和刻蚀工艺对绝缘材料膜进行图形化处理，得到绝缘层3。

s4，在绝缘层3远离有源层4的一侧面上沉积掺杂b⁺的金属钼材料，形成第一导电膜，通过光刻和刻蚀工艺对第一导电膜进行图形化处理，形成栅电极2。

实施例3

本实施例提供一种薄膜晶体管，与实施例1中提供的薄膜晶体管的区别在于：作为有源层4的薄膜晶体管中，铟原子：镓原子：锌原子：乙酰丙酮的摩尔比为8:3:3:5。

上述薄膜晶体管的制备方法与实施例1中提供的制备方法的区别仅在于：在s32步骤中，前驱体液中in³⁺：ga³⁺：zn²⁺：乙酰丙酮的摩尔比为8:3:3:5，其中，in³⁺的摩尔浓度为10m。

实施例4

本实施例提供一种显示装置，例如，显示装置为am-oled显示装置。显示装置中包括实施例1-实施例3中提供的任一薄膜晶体管。由于形成薄膜晶体管的有源层4的半导体膜中掺杂有光敏活性剂，使薄膜晶体管的开态电流与关态电流的比值增加(ion/ioff)，薄膜晶体管的驱动性能提升，从而提升了显示装置内由薄膜晶体管驱动的像素单元的显示效果。

对比例1

本对比例提供一种薄膜晶体管，与实施例1中提供的薄膜晶体管的区别在于：薄膜晶体管的有源层4为不掺杂乙酰丙酮的铟镓锌氧化物膜。

对比例2

本对比例提供一种薄膜晶体管，与实施例1中提供的薄膜晶体管的区别在于：薄膜晶体管的有源层4由多晶硅(p-si)形成。

测试例1

在10v的测试电压下，对实施例1-实施例3和对比例1-对比例2中薄膜晶体管的开态电流ion和关态电流ioff进行测试，结果如表1所示：

表1

由表1数据可知，本发明提供的薄膜晶体管，在作为有源层4的铟镓锌氧化物膜中掺杂乙酰丙酮后，使薄膜晶体管在维持其开态电流(ion)的情况下，降低了薄膜晶体管的关态电流(ioff)，进而提升了薄膜晶体管的开态电流与关态电流的比值(ion/ioff)，薄膜晶体管的驱动性能提升。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。