本發(fā)明屬于半導體顯示技術領域，涉及一種基于Al₂O₃:PVP絕緣層的薄膜晶體管的制備方法。

背景技術：

薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT)作為20世紀最偉大的發(fā)明之一，被廣泛應用于諸多領域，在過去的十幾年里已經(jīng)成為電子平板顯示行業(yè)的核心部件，其在射頻電子標簽、電子電路和傳感器等方面的應用價值也備受關注。為滿足電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和商業(yè)化的需求,薄膜晶體管器件在尺寸上也不斷追求微型化，在器件不斷微型化的過程中，既要考慮短溝道效應，又要在較低的電壓下盡量使溝道里富集較多的電荷，從而獲得較高的輸出電流。在薄膜晶體管中，高介電常數(shù)的絕緣層在增加電流密度的同時，保證了優(yōu)異的絕緣性能。選擇合適的介電材料，控制適當?shù)哪ず褚詼p少漏電流，則可以達到最優(yōu)的器件性能。

金屬氧化物作為高介電常數(shù)材料成為了研究熱點，傳統(tǒng)氧化物薄膜制備方法有化學氣相沉積、原子力沉積和磁控濺射等，都需要昂貴的設備和維護費用。為實現(xiàn)低成本制備方式，溶液法被應用于薄膜晶體管制備。溶液法制備薄膜晶體管，相比于常規(guī)晶體管制備的優(yōu)勢在于，它可以在基底上實現(xiàn)薄膜的低溫、均一、快速制備。溶液法操作簡單，不僅能用于單個器件的制備，還可以用于制備大面積薄膜，一次性制備大量器件，有利于降低整個電路的造價。溶液法制備金屬氧化物薄膜實現(xiàn)工藝和設備簡單、成本低等有利條件，同時因金屬氧化物較高的介電常數(shù)可實現(xiàn)器件在低電壓下正常工作。然而，溶液法制備金屬氧化物薄膜通常需要高于350℃的溫度來使薄膜致密、純凈等，過高的退火溫度導致其不能在大多數(shù)柔性基底制備。為實現(xiàn)在金屬氧化物薄膜的低溫、均一、快速制備，燃燒法成為了研究熱點。燃燒法通過在金屬鹽中加入“燃料”(乙酰丙酮或尿素)，加熱分解過程發(fā)生化學放熱反應，自產(chǎn)生的熱提供了一個局部能量供給，消除對外部施加高溫度的必要性。

絕緣層質量是影響薄膜晶體管性能的主要因素之一，材料的選擇、制備方式對絕緣層質量有著至關重要的影響。Al₂O₃材料因具有絕緣性好、禁帶寬度大、高介電常數(shù)、成本低、化學性能穩(wěn)定、可溶液法制備薄膜等優(yōu)點而被認為是良好的絕緣層材料，同時，摻入適量的PVP可以有效的降低薄膜表面極性和陷阱密度，使器件性能最優(yōu)化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種利用燃燒法實現(xiàn)在低溫條件下制備高性能薄膜晶體管的方法。

本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是，薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)ITO玻璃襯底基片清洗；

2)制備Al₂O₃:PVP絕緣層：ITO玻璃襯底上旋涂Al₂O₃:PVP前驅體溶液，然后在200℃～250℃條件下退火，然后重復旋涂——退火至少一次，得到Al₂O₃:PVP絕緣層；

3)制備有緣層：在氣壓低于3×10^-4Pa的環(huán)境中，對步驟2)處理后的ITO玻璃襯底基片進行蒸鍍，蒸鍍材料為Pentacene材料，得到厚度為50nm左右的有緣層薄膜；

4)制備源極和漏極：以Au作為源極和漏極的電極材料，在步驟3)處理后的基片的有緣層薄膜上蒸鍍制備源電極和漏電極，蒸鍍的氣壓低于3×10^-4Pa。

進一步的，所述步驟1)包括：

(1.1)設置好超聲儀參數(shù)：溫度30℃，時間15min，功率70w；

(1.2)用無塵布沾上丙酮擦拭ITO玻璃襯底表面，直至肉眼觀察無顆粒雜質；

(1.3)將擦洗干凈的ITO玻璃襯底放入裝有丙酮的燒杯中進行第一步超聲清洗；

(1.4)用乙醇沖洗后再放入裝有乙醇的燒杯中進行第二步清洗；

(1.5)用去離子水對ITO玻璃襯底進行第三步超聲清洗；

(1.6)用氮氣將ITO玻璃襯底吹干。

所述步驟2)中，200℃條件下退火40分鐘。

所述步驟3)中，Pentacene材料加熱升溫至180℃，蒸鍍速率為

所述步驟4)中，以的蒸鍍速率，待厚度達到10nm之后，調整蒸鍍速率至直到蒸鍍結束。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，采用燃燒法只需要較低的引導溫度，自產(chǎn)生的高能量可實現(xiàn)在低溫下將前驅體轉化成相應的氧化物。使用Al2O3:PVP絕緣層，高介電常數(shù)材料Al2O3可以增加載流子密度，減小漏電流，同時，摻入適量的PVP可以降低薄膜表面極性和陷阱密度，使器件性能最優(yōu)化。

附圖說明

圖1為Si基板的薄膜晶體管的器件結構示意圖。

圖2為ITO玻璃基板的薄膜晶體管的器件結構示意圖。

圖3為器件結構：ITO/Al2O3:PVP/Pentacene/Au的轉移特性曲線圖。

圖4為器件結構：Si/Al2O3:PVP/Pentacene/Au的轉移特性曲線圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種基于Al₂O₃:PVP絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1)基片清洗：

(1.1)設置好超聲儀參數(shù)：溫度30℃，時間15min，功率70w；

(1.2)用無塵布沾上丙酮擦拭襯底表面，直到肉眼觀察到無顆粒雜質為止。所述襯底為Si襯底或者ITO玻璃襯底；

(1.3)將擦洗干凈的Si襯底或者ITO玻璃襯底放置在聚四氟乙烯基片架上，再放入裝有丙酮的燒杯中進行第一步超聲清洗；

(1.4)取出基片架，用乙醇沖洗后再放入裝有乙醇的燒杯中進行第二步清洗；

(1.5)用去離子水對Si襯底或者ITO玻璃襯底進行第三步超聲清洗。(6)用氮氣將Si襯底或者ITO玻璃襯底吹干。

2)制備Al₂O₃:PVP絕緣層：將Al₂O₃:PVP前驅體溶液均勻滴注在Si襯底或者ITO玻璃襯底上，以2500rpm的轉速旋涂30s，然后在200℃條件下退火40min。上述過程在相同條件下重復2次，得到所需的Al₂O₃:PVP絕緣層。

3)制備有緣層：采用真空蒸鍍的方法制備，以Pentacene作為有緣層材料。首先將基片放入真空腔里，待蒸鍍室氣壓低于3×10^-4Pa以下，開始對Pentacene材料加熱升溫至180℃左右，以大約的蒸鍍速率得到厚度為50nm的有緣層薄膜。

4)制備源極和漏極：以Au作為源極和漏極的電極材料，同樣采用真空蒸鍍的方法制備。將基片放入真空腔里，待蒸鍍室氣壓低于3×1^0-4Pa以下，以的蒸鍍速率，待厚度達到10nm之后，調整蒸鍍速率至直到蒸鍍結束。

步驟2)中Al₂O₃:PVP前驅體溶液的配制：

首先用電子天平稱量225.1mg Al(NO₃)₃·9H₂O裝入玻璃瓶中，再用移液器抽取2ml二甲氧基乙醇溶劑移入裝有Al(NO₃)₃·9H₂O的玻璃瓶中，再加入120μl乙酰丙酮(C₅H₈O₂)作為燃料和66μl氨水(NH₄OH)用于平衡酸堿度，最后加入磁力攪拌子并放置在磁力攪拌臺上攪拌12h，使溶液混合均勻。

步驟3)中Pentacene材料的特性：

Pentacene為p型有機小分子場效應材料，Pentacene是線形稠環(huán)芳香烴的典型代表，也是有機半導體材料中的佼佼者。其分子式為C₂₂H₁₄，最高占據(jù)軌道(HOMO)能級為-5.14eV，能級帶隙(Eg)為1.77eV。

從圖3和圖4的轉移特性曲線中可以看出，本發(fā)明利用燃燒法制備的基于Al₂O₃:PVP絕緣層的薄膜晶體管展現(xiàn)出了相當?shù)偷穆╇娏髅芏龋_關比達到10⁵，意味著器件具有更好的穩(wěn)定性、抗干擾能力和更大的負載驅動能力。同時，較低的閾值電壓可以更好的實現(xiàn)在低電壓下工作。