本發(fā)明涉及p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，特別涉及其組成與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著顯示技術(shù)的快速發(fā)展，各種新時(shí)代的產(chǎn)品及材料也應(yīng)運(yùn)而生。在這些產(chǎn)品中，透明顯示器因具有可透光性、商品互動(dòng)特性等特點(diǎn)，近年來其相關(guān)技術(shù)備受矚目。用以制作透明薄膜晶體管的金屬氧化物半導(dǎo)體材料，與利用非晶硅材料所制作的薄膜晶體管相比，可縮小薄膜晶體管尺寸、提高像素開口率、實(shí)現(xiàn)高精細(xì)化、提高分辨率、以及提供較快的載子(例如電子)遷移率。再者，亦可將簡(jiǎn)單的外部電路整合至顯示器中，使電子裝置更加輕薄并降低耗電量。

然而目前大部分的金屬氧化物半導(dǎo)體材料為n型，而現(xiàn)有的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料的特性較不穩(wěn)定且再現(xiàn)性較差。因此，目前亟需開發(fā)其他的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，以搭配現(xiàn)有的n型金屬氧化物半導(dǎo)體材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一實(shí)施例提供的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其組成為：Al_xGe_(1-x)O_y，其中0<x≤0.6，以及1.0≤y≤2.0。

本發(fā)明一實(shí)施例提供的晶體管，包括：柵極；通道層，與柵極之間隔有柵極絕緣層；以及源極與漏極，分別接觸通道層的兩側(cè)，其中通道層是p型金屬氧化物半導(dǎo)體，其組成為：Al_xGe_(1-x)O_y，其中0<x≤0.6，以及1.0≤y≤2.0。

附圖說明

圖1A是本發(fā)明一實(shí)施例中，鋁取代的氧化鍺(Al_xGe_(1-x)O₁)的模擬計(jì)算結(jié)果；

圖1B是本發(fā)明一實(shí)施例中，鋁取代的氧化鍺(Al_xGe_(1-x)O₂)的模擬計(jì)算結(jié)果；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中，晶體管的示意圖。

【附圖標(biāo)記說明】

1 晶體管；

10 基板；

20 柵極；

30 柵極絕緣層；

40 通道層；

50 源極；

52 漏極；

60 保護(hù)層。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明的實(shí)施例是先借由模擬計(jì)算，得到將鋁元素取代于氧化鍺(GeO或GeO₂)中以形成p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料的初步計(jì)算結(jié)果。接著以濺鍍或軟性化學(xué)法等方式，合成取代有鋁的氧化鍺的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料。

模擬計(jì)算的過程說明如下。本發(fā)明利用全始量子分子動(dòng)力學(xué)仿真軟件套件(VASP，Vienna Ab-initio Simulation Package)計(jì)算在氧化鍺中取代鋁時(shí)，其能態(tài)密度(DOS，Density of States)對(duì)能量的變化關(guān)系，并將其結(jié)果繪示于圖1A與圖1B中。

圖1A為鋁取代的氧化鍺(GeO)經(jīng)VASP仿真所得的能態(tài)密度對(duì)能量關(guān)系圖，經(jīng)由模擬計(jì)算可知鋁取代的氧化鍺的費(fèi)米能階降至價(jià)電帶處，故其應(yīng)為p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料。需注意的是，圖1A中設(shè)定氧化鍺中的鍺原子以1/16的比例被鋁原子取代(即Al₁Ge₁₅O₁₆)，是因?yàn)閷?shí)務(wù)上 在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，為避免計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)過于龐大、耗時(shí)過久等問題，通常會(huì)先以單一置換的條件針對(duì)選定的取代物進(jìn)行初步的模擬計(jì)算，待確認(rèn)此取代物的初步計(jì)算結(jié)果后，再實(shí)際合成并調(diào)整取代物比例，以驗(yàn)證模擬結(jié)果，并非代表此取代物需在單一置換的條件下才可使鋁取代的氧化鍺(GeO)具有p型半導(dǎo)體材料的特性。

圖1B為鋁取代的氧化鍺(GeO₂)經(jīng)VASP仿真所得的能態(tài)密度對(duì)能量關(guān)系圖，經(jīng)由模擬計(jì)算可知鋁取代的氧化鍺的費(fèi)米能階降至價(jià)電帶處，故其應(yīng)為p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料。需注意的是，圖1B中設(shè)定鋁原子氧化鍺中的鍺原子以1/16的比例被鋁原子取代(即Al₁Ge₁₅O₃₂)，是因?yàn)閷?shí)務(wù)上在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，為避免計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)過于龐大、耗時(shí)過久等問題，通常會(huì)先以單一置換的條件針對(duì)選定的取代物進(jìn)行初步的模擬計(jì)算，待確認(rèn)此取代物的初步計(jì)算結(jié)果后，再實(shí)際合成并調(diào)整取代物比例，以驗(yàn)證模擬結(jié)果，并非代表此取代物需在單一置換的條件下才可使鋁取代的氧化鍺(GeO₂)具有p型半導(dǎo)體材料的特性。

實(shí)施例中，可根據(jù)上述模擬結(jié)果以濺鍍法形成鋁取代的氧化鍺，以作為p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料。首先，將欲濺鍍的工件置于濺鍍腔室中。接著將氧氣與氬氣的混合氣體通入濺鍍腔室中，并濺鍍鍺靶材與鋁靶材以形成鋁取代的氧化鍺。上述氧氣與氬氣的摩爾比例介于5:95至10:90之間，取決于最終形成的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料中的氧含量。在一實(shí)施例中，濺鍍鍺及鋁靶材的功率、以及鍺靶材與鋁靶材與工件之間的距離的選擇取決于設(shè)定的Al與Ge間的相對(duì)組成比例關(guān)系，至于工件的溫度則在于提供半導(dǎo)體材料的取代元素間擴(kuò)散動(dòng)能及較佳的沉積排列。

在另一實(shí)施例中，可依比例稱取鋁鹽(硝酸鹽或檸檬酸鹽)、鍺鹽(硝酸鹽或檸檬酸鹽)與螯合劑(如酒石酸)后加于溶液中混合。接著升溫蒸發(fā)溶液中的溶劑使其成為凝膠態(tài)，再干燥成粉狀。接著燒結(jié)粉體使其氧化以形成金屬氧化物粉體。之后，可進(jìn)行陶瓷工藝的模壓、射出、冷均壓、注漿等相關(guān)工藝，并進(jìn)行燒結(jié)和機(jī)械加工工藝，以制作鋁取代的氧化鍺的塊材或靶材。在形成上述塊材或靶材后，可借由濺鍍等方法，形成鋁取代的氧化鍺的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料薄膜，以應(yīng)用于電子裝置(如透明 顯示器、透明場(chǎng)效晶體管、發(fā)光二極管、透明集成電路半導(dǎo)體組件或其他電子裝置)。

經(jīng)上述方法形成的p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料的組成為Al_xGe_(1-x)O_y，其中0<x≤0.6，且1.0≤y≤2.0。若x或y超出上述范圍，則不具p型半導(dǎo)體材料的特性。在一實(shí)施例中，上述p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料為非晶型，其電阻率介于10^-3Ω·cm至10³Ω·cm之間，其空穴遷移率介于0.5cm²V^-1s^-1至75cm²V^-1s^-1之間，且其載子濃度介于10¹³cm^-3至10²¹cm^-3之間。

在一實(shí)施例中，上述p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料用于電子裝置如晶體管。如圖2所示，可在基板10上形成柵極20，再在柵極20上形成柵極絕緣層30。接著可在柵極絕緣層30上并對(duì)應(yīng)柵極20處形成通道層40，并在通道層40的中間部份上形成保護(hù)層60。接著在保護(hù)層60及通道層40上形成金屬層，再在通道層40的兩側(cè)上圖案化金屬層以形成源極50與漏極52并與通道層40接觸，以完成晶體管1。上述通道層40的材料即可為上述p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料(Al_xGe_(1-x)O_y)。可以理解的是，圖2所示的晶體管1僅用以舉例，p型金屬氧化物半導(dǎo)體材料(Al_xGe_(1-x)O_y)可用于其他晶體管的信道層，或其他電子裝置的p型半導(dǎo)體層。

為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉數(shù)實(shí)施例配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下：

實(shí)施例

實(shí)施例1

試片制作是采用離軸式(Off-axis)反應(yīng)式直流磁控濺鍍法，使鋁取代的氧化鍺薄膜成長(zhǎng)，靶材采用鍺金屬靶(純度＝99.999％、直徑3吋、厚度6mm、邦杰公司制造)，以及鋁金屬靶(純度＝99.9999％、直徑2英吋、厚度6mm、邦杰公司制造)。反應(yīng)氣體為高純度的氧氣(O₂、99.9995％)與氬氣(Ar、99.999％)的混合氣體。首先將3吋×3吋玻璃基板(購(gòu)自康寧玻璃的Eagle XG)置于裝卸密封腔室的夾具中并抽真空，再移至濺鍍機(jī)臺(tái)主腔體中抽真空。待真空達(dá)到5×10^-6torr時(shí)，經(jīng)由質(zhì)量流量控制器(mass flow controller、MFC)將氬氣流入腔體內(nèi)，進(jìn)行預(yù)濺鍍(pre-sputtering)10分鐘以去除鍺靶及鋁靶表面的氧化物與污染物。待預(yù)濺鍍后，經(jīng)由MFC控制氧氣與氬氣混合后進(jìn)入腔體中，開啟擋板(shutter)開始濺鍍，以得 非晶型的鋁取代的氧化鍺薄膜(Al_xGe_(1-x)O₁)。不同鋁取代比例形成的薄膜的電阻率、空穴遷移率與空穴載子濃度如表1所示。在第1表中，薄膜的鋁取代比例經(jīng)由ICP-MS確認(rèn)。薄膜的電阻率、空穴遷移率、空穴載子濃度等數(shù)值，均是以霍爾電路模塊(NANO METRICS、HL5500PC)測(cè)量而得。鍍膜所使用的基本參數(shù)如下：基板與鍺靶及鋁靶之間的距離分別為7.2cm及13.5cm、濺鍍沉積時(shí)間為10分鐘、氬氣/氧氣總流量為20sccm、氧氣占混合氣體的5％、濺鍍壓力控制在20mtorr、濺鍍時(shí)的基材溫度為約380℃，鍺靶濺鍍功率80W、且鋁靶濺鍍功率介于0～200W。

表1

由表1可知，鋁取代的氧化鍺薄膜(Al_xGe_(1-x)O₁)為p型半導(dǎo)體。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1類似，差別在于氧氣占混合氣體的10％。至于其他工藝參數(shù)與測(cè)量方法均與實(shí)施例1類似，在此不再贅述。此實(shí)施例形成鋁取代的氧化鍺薄膜(Al_xGe_(1-x)O₂)，其為非晶型的p型半導(dǎo)體。不同鋁取代比例形成的薄膜的電阻率、空穴遷移率與空穴載子濃度如表2所示。

表2

由表2可知，鋁取代的氧化鍺薄膜(Al_xGe_(1-x)O₂)為p型半導(dǎo)體。

雖然本發(fā)明已以多個(gè)實(shí)施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。