一种氧化铟薄膜的制备方法及应用

本发明涉及半导体材料的制备，具体涉及一种氧化铟薄膜的制备方法及应用。

背景技术：

1、金属氧化物材料凭借其优异的电气性能、良好的化学稳定性及高光学透射率，在传感器、透明电子以及显示器等领域受到了广泛研究。当前，制备金属氧化物材料的工艺主要有原子层沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法和溶液法等。对比溶液法来说，虽然基于前几种方法所制备的金属氧化物薄膜具有优异的电气性能和较为致密的薄膜状态，但是在制备过程中不仅所需成本较高、量产量低且成膜面积受限。而溶液法不仅具有工艺简单、无需昂贵设备且可大面积成膜等优点，近年来国内外众多研究学者多基于此技术开发新一代半导体材料和器件。

2、然而，基于溶液工艺制备的金属氧化物材料通常存在性能较差且需要300℃以上的高温热退火温度和30min以上的热退火时间，这大大限制了金属氧化物材料在柔性电子领域的应用和发展。因此，在保证其性能的前提下，开发出一种可在低温条件下进行快速退火的方法十分重要。当前，就低温制备金属氧化物材料的工艺而言，多采用高压退火、激光烧结及微波处理等工艺，但此类工艺使用的设备较为复杂，导致制备成本和制备空间受到限制。

3、由此可见，现有技术有待于进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种氧化铟薄膜的制备方法，其可以在低温（200℃）条件下进行快速退火，并且该方法制备的氧化铟薄膜晶体管的电气特性得到了大幅改善。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种氧化铟薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备氧化铟前驱体溶液；步骤二、将si/sinx衬底依次采用丙酮、异丙醇进行超声清洗，再用去离子水清洗表面残留的异丙醇，并用氮气吹干后烘干，最后采用等离子清洗机对sinx表面进行二次清洗处理，得到亲水性优良、干净的表面；步骤三、将步骤二清洗后的衬底置于匀胶机中，采用旋涂法将氧化铟前驱体溶液涂覆在si/sinx衬底上；步骤四、将涂覆有氧化铟前驱体溶液的衬底置于加热台进行预烤，然后置于脉冲紫外线辅助热退火装置中，在200℃条件下，进行5min的脉冲紫外线辅助热退火，即可得到终产品氧化铟薄膜。

3、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤一中，氧化铟前驱体溶液的制备步骤为：将硝酸铟溶于2-甲氧基乙醇溶液中，在温度为70～80℃下磁力搅拌4～12h，即得氧化铟前驱体溶液。

4、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤二中，丙酮清洗时间为10～20min，异丙醇清洗时间为20～40min。

5、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤三中，以5000rpm、旋涂35s将氧化铟前驱体溶液涂覆在si/sinx衬底上。

6、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤四中，加热台的预烤温度为70～90℃，预烤时间为3～6min。

7、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤一中，氧化铟前驱体溶液的浓度为0.1～2mol/l。

8、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法，步骤四中，涂覆有氧化铟前驱体溶液的衬底置于脉冲紫外线辅助热退火装置中脉冲紫外线灯管的下方10～20cm，脉冲紫外线灯管的功率为400～500w，频率为10～30hz。

9、上述的一种氧化铟薄膜的制备方法制备得到的氧化铟薄膜在制备薄膜晶体管中的应用。

10、与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：（1）本发明提供了一种氧化铟薄膜的制备方法，不仅可以改善金属氧化物材料的成膜质量，而且制备成本低、功耗小、所需时间短，有利于材料的实际量产。对比传统热退火工艺，本发明通过对脉冲紫外线辅助热退火方法的时间及温度的控制，获得高性能金属氧化物材料，将其应用于薄膜晶体管等器件领域，对提高新一代电子器件的电气性能和稳定性有显著优势。

11、（2）本发明采用脉冲紫外线辅助热退火方法，退火温度为200℃，退火时间为5min，相较于现有技术中的退火温度300℃和退火时间，本发明退火温度低并且退火时间短，提高氧化铟薄膜的载流子浓度，提高材料的电气特性。

12、（3）本发明采用的脉冲紫外线辅助热退火工艺是以脉冲形式的紫外线进行处理，较一般的紫外线而言，本发明可以根据脉冲周期不同传递更高能量，在提高金属氧化物材料性能的同时，对基板和下层材料的影响较小，保证了材料及器件的整体性能。

技术特征：

1.一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，氧化铟前驱体溶液的制备步骤为：将硝酸铟溶于2-甲氧基乙醇溶液中，在温度为70～80℃下磁力搅拌4～12h，即得氧化铟前驱体溶液。

3.根据权利要求1所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤二中，丙酮清洗时间为10～20min，异丙醇清洗时间为20～40min。

4.根据权利要求1所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤三中，以5000rpm、旋涂35s将氧化铟前驱体溶液涂覆在si/sinx衬底上。

5.根据权利要求1所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤四中，加热台的预烤温度为70～90℃，预烤时间为3～6min。

6.根据权利要求2所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，氧化铟前驱体溶液的浓度为0.1～2mol/l。

7.根据权利要求1所述的一种氧化铟薄膜的制备方法，其特征在于：步骤四中，涂覆有氧化铟前驱体溶液的衬底置于脉冲紫外线辅助热退火装置中脉冲紫外线灯管的下方10～20cm，脉冲紫外线灯管的功率为400～500w，频率为10～30hz。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种氧化铟薄膜的制备方法制备得到的氧化铟薄膜在制备薄膜晶体管中的应用。

技术总结
本发明公开了一种氧化铟薄膜的制备方法及应用，涉及半导体材料的制备技术领域。该方法包括：制备氧化铟前驱体溶液、清洗衬底、制备金属氧化物材料、预烤并采用脉冲紫外线辅助热退火装置在低温200℃条件下进行脉冲紫外线辅助热退火的步骤。对比传统热退火工艺，本发明通过对脉冲紫外线辅助热退火方法的时间及温度的控制，获得高性能金属氧化物材料，将其应用于薄膜晶体管等器件领域，对提高新一代电子器件的电气性能和稳定性有显著优势。

技术研发人员：张雪,朴载勋,李洪宇,郭素敏,田群宏
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17