半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法。
【背景技术】
[0002]传统的半导体和液晶显示行业都是以硅材料为基础的，而碳基半导体材料具有更高的迀移率和不同于硅材料的特殊电学性质，因此碳基半导体材料作为新一代的半导体材料开始得到日益广泛的研宄和开发利用。
[0003]目前，碳纳米管(Carbon nano tube，CNT)的开发方法主要是利用固定催化剂位置的思路来实现碳纳米管的生长，但是利用这种方法制备出的碳纳米管与后续工艺的兼容性较差，例如，刻蚀工艺会部分破坏碳纳米管的完整性。因此，现有的碳纳米管的制备方法难以实现大规模的产业化应用。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法，用于解决现有技术中制备的碳纳米管与后续工艺的兼容性较差，导致难以实现大规模的产业化应用的问题。
[0005]为此，本发明提供一种半导体层的制备方法，包括:形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层，位于所述溶解区域之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层；去除所述渗碳层。
[0006]可选的，所述形成渗碳层的步骤包括:形成渗碳层薄膜；在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用掩模板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，所述光刻胶保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶去除区域对应于形成空白区域的图形区域；对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；去除剩余的光刻胶。
[0007]可选的，所述形成渗碳层的步骤包括:形成渗碳层薄膜；在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用半色调掩膜板或灰色调掩膜板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶完全保留区域和光刻胶半保留区域，所述光刻胶完全保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶半保留区域对应于形成空白区域的图形区域；对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；去除剩余的光刻胶。
[0008]可选的，所述空白区域留存有厚度为1-100纳米的渗碳层薄膜。
[0009]可选的，所述碳基半导体材料包括石墨烯或碳纳米管。
[0010]可选的，所述渗碳层的构成材料包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个。
[0011]可选的，所述渗碳层的构成材料包括对碳元素具有溶解性能的有机物。
[0012]可选的，所述去除所述渗碳层的步骤之前包括:将所述渗碳层和所述半导体层薄膜置于高温环境中。
[0013]可选的，所述去除所述渗碳层的步骤之后包括:对所述半导体层进行退火处理。
[0014]本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括上述任一半导体层的制备方法。
[0015]可选的，所述半导体器件包括薄膜晶体管、传感器或太阳能电池。
[0016]本发明还提供一种阵列基板的制备方法，包括上述任一半导体层的制备方法。
[0017]本发明还提供一种显示装置的制备方法，包括上述任一阵列基板的制备方法。
[0018]本发明具有下述有益效果:
[0019]本发明提供的半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括:形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例一提供的一种半导体层的制备方法的流程图；
[0021]图2a?图2d为实施例一形成半导体层的示意图；
[0022]图3a?图3g为实施例二形成半导体器件的示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法进行详细描述。
[0024]实施例一
[0025]图1为本发明实施例一提供的一种半导体层的制备方法的流程图，图2a?图2d为实施例一形成半导体层的示意图。如图1和图2a?图2d所示，所述半导体层的制备方法包括:
[0026]步骤1001、形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域。
[0027]参见图2a，在衬底基板上形成渗碳层薄膜101，所述渗碳层薄膜101的构成材料包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个，所述渗碳层薄膜101的厚度为lOOnm。可选的，所述渗碳层的构成材料包括对碳元素具有溶解性能的有机物。当然，其它具有较高的碳固溶度的有机/无机杂化薄膜、金属/非金属杂化薄膜也可以成为所述渗碳层的构成材料。所述碳固溶度是指碳元素在固态材料中的溶解度，表明碳元素在溶剂物质中的溶解性能，而不至于发生碳元素的析出现象。
[0028]参见图2b，在所述渗碳层薄膜101上涂敷光刻胶，采用掩模板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，所述光刻胶保留区域对应于形成溶解区域102的图形区域，所述光刻胶去除区域对应于形成空白区域103的图形区域。对所述渗碳层薄膜101进行刻蚀以形成渗碳层，去除剩余的光刻胶。所述渗碳层包括空白区域103和溶解区域102，所述空白区域103对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域102对应于所述图形区域之外的其它区域。本实施例利用渗碳层控制半导体层的形成区域，从而利用光刻工艺获得阵列化的半导体层的形成区域，进而形成阵列化的半导体层。上述阵列化的半导体层保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。
[0029]在实际应用中，可以使用半色调掩膜板或灰色调掩膜板在空白区域103留存纳米级渗碳层薄膜，所述纳米级渗碳层薄膜包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个，可以用作催化剂加快半导体层的形成，从而提高形成阵列化的半导体层的效率。优选的，所述空白区域103留存有厚度为1-100纳米的渗碳层薄膜。本实施例中，在所述渗碳层薄膜101上涂敷光刻胶，采用半色调掩膜板或灰色调掩膜板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶完全保留区域和光刻胶半保留区域，所述光刻胶完全保留区域对应于形成溶解区域102的图形区域，所述光刻胶半保留区域对应于形成空白区域103的图形区域。对所述渗碳层薄膜101进行刻蚀以形成渗碳层，去除剩余的光刻胶。因此，所述渗碳层的空白区域103上留存有纳米级渗碳层薄膜。本实施例利用留存的渗碳层薄膜作为催化剂加快半导体层的形成，从而提高形成阵列化的半导体层的效率。上述阵列化的半导体层保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。
[0030]步骤1002、在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层，位于所述溶解区域之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层。
[0031]参见图2c，在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料。优选的，所述碳基半导体材料包括石墨烯或碳纳米管。需要说明的是，本实施例提供的制备方法适用于η型碳纳米管、P型碳纳米管以及CMOS类型的碳纳米管结构。可选的，为实现η型碳纳米管，可以向其中掺杂氮元素，氮原子的物质的量所占比例为0.1% -5%。由于一般情况下本征的碳纳米管即是P型碳纳米管，因此，P型碳纳米管可以直接制备。当然，也可以向其中掺杂硼元素，硼原子的物质的量所占比例为0.1%-5%。
[0032]在所述溶解区域102，碳元素渗入到所述渗碳层105之中，因此在所述溶解区域102上无法形成半导体层，反而在之前的空白区域103上形成半导体层104。只能在所述空白区域103上形成所述半导体层104，因此可以获得排列整齐、性能均一的阵列化的半导体层O
[0033]可选的，将所述渗碳层和所述半导体层薄膜置于高温环境中。采用适度的高温环境可以增加金属膜层的碳固溶度。所述碳固溶度是指碳元素在固态材料中的溶解度。适度的高温可以提高碳元素在溶剂物质中的溶解性能，避免发生碳元素的析出现象，从而提高位于所述溶解区域102之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层105的效率。另外，为提高碳元素的扩散速度，也可以调整形成半导体层薄膜的气体环境。
[0034]步骤1003、去除所述渗碳层。
[0035]参见图2d，通过刻蚀液将含碳的渗碳层刻蚀，单独保留所述半导体层104。由于空白区域103是严格按照周期阵列排布的，因此能够直接形成严格阵列化的半导体层。优选的，对所述半导体层104进行退火处理。退火工艺可以提高渗碳的最终效果。
[0036]本实施例提供的半导体层的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括:形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。
[0037]实施例二
[0038]本发明实施例二提供一种半导体器件的制备方法，包括实施例一提供的半导体层的制备方法。关于半导体层的制备方法的具体内容可参照上述实施例一中的描述，此处不再赘述。
[0039]可选的，所述半导体器件包括薄膜晶体管