氧化物薄膜的制备方法及其薄膜晶体管的制作方法
【专利说明】氧化物薄膜的制备方法及其薄膜晶体管
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氧化物薄膜的制备方法及具有该氧化物薄膜的薄膜晶体管。
【背景技术】
[0003]近年来，金属氧化物广泛应用于制备透明电极、太阳能电池、发光二极管、薄膜晶体管等电子器件。作为平板显示领域最重要的电子器件之一一一薄膜晶体管，特别是金属氧化物薄膜晶体管，由于其较高的载流子迀移率(l-lOOcnA^s—1)、对可见光透明、均匀性好等优点，引起了广泛的关注和研究。
[0004]目前，基于IGZO氧化物半导体的薄膜晶体管已实现量产，但制备该半导体材料都是采用物理气相沉积等方法，设备昂贵，制备成本高，难以实现大面积制备。
[0005]溶液加工法制备氧化物薄膜无需真空设备，是一种可以大大降低生产成本，实现大面积制备金属氧化物薄膜晶体管的方法。现有的溶液加工法制备氧化物薄膜大多是基于溶胶-凝胶技术的，需要先将氧化物的前驱体成膜后进行高温退火，使前驱体薄膜分解形成所需的氧化物薄膜，限制了其在柔性衬底上的应用;溶胶-凝胶法还不可避免地会因为分解不完全而造成大量的离子杂质，从而影响器件的性能。此外，溶胶-凝胶法的前驱体溶液的溶剂通常为乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂，有时添加乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢等其中一种或多种试剂作为添加剂，这样不但不环保、成本较高，而且容易造成薄膜的碳残留而影响薄膜的性能。
[0006]因此，针对现有技术不足，提供一种可以克服现有技术缺陷的氧化物薄膜的制备方法及应用该氧化物薄膜制备的薄膜晶体管甚为必要。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提供一种制备温度低、成本低、适用于大面积制备、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好的氧化物薄膜的制备方法。
[0008]本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
[0009]—种氧化物薄膜的制备方法，先将氧化物纳米粉末用分散剂分散在溶剂中形成悬浮液，然后将悬浮液在衬底上成膜，再将所成的膜经退火处理去除分散剂后得到所需要的氧化物薄膜；
所述氧化物纳米粉末含有铟、锌、镓、锡、锆、铝、铪、钪、钽和硅中的至少一种，所述溶剂为水或醇。
[0010]上述分散剂为木质素、酚醛树脂或纤维素中的一种。
[0011 ] 上述氧化物纳米粉末的颗粒大小为0.5?lOOnm。
[0012]上述氧化物薄膜的制备方法，悬浮液通过旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷方式在衬底上成膜。
[0013]上述氧化物薄膜的制备方法，退火处理的温度为100?500°C。
[0014]上述氧化物薄膜的制备方法，所制备的氧化物薄膜呈半导体性质，用以作为薄膜晶体管的有源层。
[0015]上述氧化物薄膜的制备方法，所制备的氧化物薄膜呈绝缘体性质，用以作为薄膜晶体管的绝缘层。
[0016]上述氧化物薄膜的制备方法，所制备的氧化物薄膜呈导体性质，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极或漏极。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
本发明的氧化物薄膜的制备方法无需前驱体而直接将氧化物纳米粉末分散后成膜，再进行退火去除分散剂。整个过程无需分解前驱体获得氧化物薄膜，故无离子污染，且制备温度低，能与大部分柔性衬底兼容。
[0018]本发明的氧化物薄膜的制备方法所采用的分散剂选择木质素、酚醛树脂或纤维素中的一种，分散剂的磺酸根前部可以接较长的烷基链，能够有效地撑开颗粒较大的氧化物纳米粉末，因此分散效果好;同时，这些材料容易获得，成本低且环保。
[0019]所用的溶剂为水或醇，成本极低且环保。
[0020]故，本发明的氧化物薄膜的制备方法具有工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底，制备过程中无离子污染，制备温度低，制备中采用的原料成本低的特点。本发明的氧化物薄膜的制备方法适用于大面积制备、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好。
[0021]本发明的另一目的在于提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管采用上述氧化物薄膜构成其一个或者多个功能层，所制备的薄膜晶体管具有较高的迀移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
[0022]本发明的上述目的通过如下技术手段实现:
提供一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种设置为通过上述氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜；
当氧化物薄膜作为绝缘层时，作为绝缘层的氧化物薄膜呈绝缘体性质；
当氧化物薄膜作为有源层时，作为有源层的氧化物薄膜呈半导体性质；
当氧化物薄膜作为栅极、源极和漏极时，作为栅极、源极和漏极的氧化物薄膜呈导体性质。
[0023]本发明的薄膜晶体管，采用上述氧化物薄膜构成其一个或者多个功能层，所制备的薄膜晶体管具有较高的迀移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
【附图说明】
[0024]利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0025]图1是本发明实施例2的木质素的化学结构式；
图2是本发明实施例2的薄膜晶体管的输出特性曲线； 图3是本发明实施例3的酚醛树脂的化学结构式；
图4是本发明实施例3的薄膜晶体管的输出特性曲线。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例的范围。
[0027]实施例1。
[0028]—种氧化物薄膜的制备方法，先将氧化物纳米粉末用分散剂分散在溶剂中形成悬浮液，然后将悬浮液在衬底上成膜，再将所成的膜经退火处理去除分散剂得到所需要的氧化物薄膜。
[0029]氧化物纳米粉末含有铟、锌、镓、锡、锆、铝、铪、钪、钽和硅中的至少一种，优选的，该氧化物纳米粉末可以是二元氧化物如Si02、ΖηΟ、Ιη2θ3、Ga203、Sn02等;更优选的，该氧化物纳米粉末可以是多元掺杂氧化物如InZnO、InSnO、ZnSnO、InGaZnO等。氧化物纳米粉末的颗粒大小介于0.5至I OOnm之间。
[0030]溶剂为水或醇。分散剂为木质素、酚醛树脂或纤维素，这些材料中的磺酸根前面可以连接较长的烷基链，能有效地撑开颗粒较大的氧化物纳米粉末，因此，它们比传统的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚对苯乙烯磺酸(PSS)分散剂的分散效果更有效。此外，木质素、酚醛树脂或纤维素能直接在水或醇中分散氧化物纳米粉末，形成较稳定的悬浮液。
[0031]具体的，分散后所形成的悬浮液可以通过旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷等制备方法在衬底上成膜。退火处理的温度以100?500°C为宜，可根据具体材质调整。
[0032]该方法根据不同的氧化物纳米粉末可以制备不同性质的氧化物薄膜。可以用于制备呈半导体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的有源层;也可以用于制备呈绝缘体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的绝缘层;亦可以用于制备呈导体性质的氧化物薄膜，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极、漏极。
[0033]本发明的氧化物薄膜的制备方法无需前驱体而直接将氧化物纳米粉末分散后成膜，再进行退火去除分散剂。整个过程无需分解前驱体获得氧化物薄膜，无离子污染，且制备温度低，能与大部分柔性衬底兼容。上述氧化物纳米粉末可以进一步包括氢氧化物，因氢氧化物分解温度低，故不影响整体的退火温度且残留少。
[0034]所采用的分散剂选择木质素、酚醛树脂或纤维素中的一种，分散剂的磺酸根前面可以接较长的烷基链，能够有效地撑开颗粒较大的氧化物纳米粉末，因此分散效果好；同时，这些材料容易获得，成本极低且环保。
[0035]所用的溶剂为水或醇，成本低且环保。
[0036]故，本发明的氧化物薄膜的制备方法具有工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底，制备过程中无离子污染，制备温度低，制备中采用的原料成本低的特点。本发明的氧化物薄膜的制备方法适用于大面积制备、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好。
[0037]实施例2。
[0038]—种氧化物薄膜的制备方法，具体步骤如下:
(I)将In2O3纳米粉末用如图1所示的木质素分散在水中形成悬浮液，经过超声及过滤后通过旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷的方式在衬底上成膜，衬底的结构为A1/A1203/PEN塑料。
[0039](2)将步骤(I)制备的薄膜在120_180°C条件退火。
[0040](3)重复成膜及退火工序，直至得