使用抛光的不锈钢薄片。衬底12可以是刚性的、适形的或柔性的形式。在薄柔性塑料衬底上制备M0TFT需要所有的工艺温度低于它的玻璃化温度，Tg(高于此温度，永久的变形发生，以致于不同层之间的图案对准变得不实际)。在典型的聚合物衬底中，Tg处于160。。(PET) -390°C (PI)的范围内。
[0024]栅极金属层14以任一熟知的方式被沉积在衬底12的表面上。栅极电介质材料薄层16形成于栅极金属14之上，并且可以是能为TFT运行提供所需电介质常数的任一适当材料。栅极电介质层的适合材料包括Si02、SiN、A1203、A1N、Ta205、Ti02、ZrO、HfO, SrO,或是它们的混合的组合或是多层形式。除传统形成方法(如PECVD、PVD等)外，上面的金属氧化物电介质还可以通过相应金属的表面氧化来制备。表面氧化的示例包括富氧环境下的加热、阳极氧化，或是它们的依次的组合。
[0025]载流子传输结构18包括沉积在层16上表面的半导体金属氧化物的低有源传输层dl和直接沉积在层dl上的保护层d2。如下面更加详细的说明一样，在没有中断沉积室中的真空的情况下，层dl沉积完成后紧接着沉积层d2，以致于出于本公开的目的，层dl和层d2的组合被认为是载流子传输结构。除在没有真空中断的情况下沉积层dl和层d2外，如接下来更加详细的描述一样，为实现高载流子迀移率，发现在无氧气存在的情况下溅射沉积层是优选的。
[0026]有源传输层dl的最佳材料是透明金属氧化物半导体，如铟锡氧化物(ΙΤ0)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉(CdO)、氧化锌(ZnO)、铟锌氧化物(ΙΖ0)等。可以使用包含以上列举的多种金属氧化物组分的复合膜。对化学纯度的控制和有意图的化学掺杂能够在所需要的载流子浓度水平处优化载流子迀移率。就如本文公开的，利用载流子传输结构18，连同对形成层16的栅极电介质材料的电介质常数的适当选择，有源传输层dl中载流子浓度为5X1019cm 3的M0TFT能通过源极和漏极电极之间是有效电流的切换来加以制备。在优选的实施例中，有源传输层dl的载流子浓度处于大约10lscm 3到大约5x10 19cm 3的范围内。
[0027]如以上说明，为了实现高迀移率器件，载流子传输层的厚度应该尽可能的小。在本实施例中，有源传输层dl的厚度处于小于大约5nm的范围内，并且可以适当地低至大约2nm0
[0028]在使用极薄膜载流子传输层的情况下，一些因素必须被考虑，例如，稳定性可能或易于被环境和接下来的工艺步骤损害。为了避免降低工艺的稳定性和运行的稳定性，薄传输层dl必须被一些惰性更强的层保护，如保护层d2。这里术语“惰性”的限定意味着层d2有低得多的载流子迀移率和载流子浓度，或者层d2是一种绝缘材料或是更接近于一种绝缘材料。保护层d2优选直接沉积在薄传输层dl上，并且基本与薄传输层dl用相同的沉积工艺(比如，在原位或在没有中断沉积室中的真空的情况下)。通过直接在层dl上沉积层d2，薄传输层dl没有被暴露到环境或工艺化学品中。用于保护层d2的最佳材料是比传输层dl惰性更强的金属氧化物，如Μ-Ζη-0或Μ-Ιη-0或它们的组合，其中Μ至少包括Al、Ga、Ta、T1、S1、Ge、Sn、Mo、W、Cu、Mg、V、Zr等中的一个，并有充足的Μ含量来保证所需要的惰性态。Μ成分一般对氧气拥有更高的键合强度，这就使得保护层d2本质上比D1层惰性更强。虽然列出的氧化物的导电性比薄传输层dl小，但在不需要刻蚀的情况下，它们仍有充分的垂直导电性，允许金属S/D接触被沉积到保护层d2上。事实上，保护层d2上的接触金属的沉积被发现会从保护层d2中吸引氧，这样即使保护层d2是惰性的，由于以下的一些工艺步骤，也会形成良好的欧姆接触。
[0029]值得一提的是，在薄dl层(如标称厚度接近2nm)的情况下，双层结构和在双层结构内的相应的载流子传输保证大衬底区域之上的均匀导电性，即使在相对粗糙表面的栅极绝缘体上。
[0030]易于理解，薄非晶传输层dl的优选制备工艺是通过低温下的溅射加以沉积，优选室温，但不超过160°C。如此低温度的工艺使本发明公开的TFT能够被制备在塑料衬底上(如PET、PEN、PAN、PAS、PI等)。为了最大化迀移率，薄传输层dl中的残余载流子浓度应尽可能的高。为了有助于实现这个结果，在薄传输层dl的优选沉积中，没有氧气被引入溅射工艺。在有氧溅射工艺中，氧气被沉积系统充电带负电荷，被朝向衬底加速。在现有技术中，当制备金属氧化物TFT时，在溅射沉积的过程中，本领域技术人员引入氧气以将载流子浓度减小到1017cm3以下以及将M0TFT的阈值电压移向更正的方向，但是加速的氧离子会破坏形成中的膜，并造成膜中的缺陷和亚稳态。在溅射工艺中由引入氧气而产生的所有因素会造成低载流子迀移率和正偏置应力不稳定，通常在本领域中会被观察到。
[0031]在现有技术中，已知本文公开的许多dl层材料被传统地用作透明导电电极，其厚度通常超过100nm。衬底加热经常被用作优化导电性。已知这样条件下沉积的小于10nm的甚至是相同材料组分的超薄膜典型地会造成低载流子浓度和低迀移率。
[0032]相比之下，本发明公开的无氧派射工艺能在传输层dl的标称厚度薄于5nm的情况下实现所需要的载流子浓度和高迀移率。
[0033]在优选实施例中，在没有中断溅射室中的真空的情况下，保护层d2的惰性金属氧化物在低温，优选室温，但不超过160°C下，通过溅射直接沉积到层dl上。保护层d2形成的厚度最高可达约20nm或更高。在通过溅射沉积惰性金属氧化物的步骤中，与上面针对有源层dl讨论的相同的问题也是普遍存在的。如果氧气被引入到溅射气体中，带负电荷的氧离子会被朝向衬底加速。一些被加速的氧离子可以渗透到有源传输层dl中，并在有源传输层dl内形成亚稳态氧，造成迀移率和稳定性的下降。因此，在优选的工艺中，保护层d2的惰性金属氧化物是通过无氧溅射沉积的。
[0034]可能会出现在无氧溅射沉积中的问题是保护层d2可能变得导电性太强并且M0TFT阈值电压被移得过负。通过在高温(例如大于160°C )在氧化环境下的结构的退火，保护层d2能够被氧化，将阈值电压向正的方向移动。环境气体中退火的问题是过程一般会太慢，特别是对于200°C以下的温度。因此，在两个步骤工艺中实现期望的氧化结果，这在低温下(如小于160°C )是非常有效的。
[0035]在氧化工艺的第一步骤中，保护层d2的惰性金属氧化物表面通过化学氧化工艺进行处理。在第二步骤中，在高温下表面氧被注入保护层d2。可以确认的是，通过将氧注入(driving)保护层dl，开关阈值电压大于0V的M0TFT能够在大约160°C或者低于160°C的温度下得以实现。
[0036]在保护层d2的氧化物顶表面处的氧源的形成可以包括多种可能选择中的任一个。例如，表面氧化可以包括高压(大于lOOmtorr)氧等离子体的使用，高压氧等离子体不包括能产生亚稳态的任何高能离子。另一个氧化选择是使用高压(大于lOOmtorr)的N20等离子体。另一个氧化选择是使用紫外臭氧。再一个选择是利用自组装单层涂敷保护层d2，自组装单层例如为4-氯苯基三氯硅烷(4-CPTS)、氯甲基三氯硅烷(CMTS)、4_氯苯基磷酸(4-CPPA)、3-硝基苯基膦酸(3-NPPA)和2-氯乙基膦酸(2-CEPA)。再一种选择是用浓过氧化氢处理保护层d2的表面。又一种选择是用重铬酸钾溶液处理保护层d2的表面。
[0037]在以上氧处理示例或其它可以被修改的任一个中，表面修改的目的是在保护层d2的表面上沉积比环境中的氧更浓缩的浓缩的氧源/储备。这样的沉积工艺在低温下完成，例如在没有有意衬底加热的室温下。在这个工艺中的氧扩散可以忽略不计。然后使保护层d2表面的浓缩氧源经历高温(如大约160°C，或更高)，这将会使氧迀移进保护层d2内。氧迀移进保护层d2使得惰性金属氧化物氧化的程度更高，并将阈值电压移至接近于零。由于将表面氧迀移进保护层d2的工艺是热激活的，氧会停留在保护层d2内，因为为保护层d2选择的惰性金属氧化物的组分比形成有源传输层dl的材料更加稳定。保护层d2的氧化工艺，因为表面处的非常浓缩的氧源(即氧扩散是浓度依赖性的)，使得更低的高温的步骤成为可能。
[0038]以上的工艺提供了一种在塑料衬底(如PET、PEN、PAN、PAS和PI)上制备高迀移率、非晶双层的方法。PET衬底的最高适合温度大约是