本發(fā)明屬于顯示器件
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
：薄膜晶體管是一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體器件，其主要用途是在液晶顯示器中開(kāi)啟和關(guān)閉像素的電子轉(zhuǎn)化以及驅(qū)動(dòng)oled點(diǎn)亮。隨著顯示器向大尺寸、高分辨以及柔性顯示發(fā)展。對(duì)tft器件有了更高的要求。傳統(tǒng)的tft器件是采用單層半導(dǎo)體層作為tft器件的有源層，而這種結(jié)構(gòu)的器件高遷移率和高穩(wěn)定性往往是不可兼得的。文獻(xiàn)1artificialsemiconductor/insulatorsuperlatticechannelstructureforhigh-performanceoxidethin-filmtransistors(doi:10.1038)公開(kāi)了一種疊層有源層結(jié)構(gòu)的tft，有源層由半導(dǎo)體層zno和絕緣體層al2o3多次交替沉積而成，這種疊層結(jié)構(gòu)遷移率相當(dāng)高；此外，al2o3一定程度上降低了zno缺陷的密度，提升了沉積薄膜表面的平整度，保證了器件穩(wěn)定性。文獻(xiàn)2室溫生長(zhǎng)azo/al2o3疊層薄膜晶體管性能研究(doi:10.3788/fgxb20163711.1372)公開(kāi)了一種室溫下生長(zhǎng)疊層有源層結(jié)構(gòu)的tft，有源層由半導(dǎo)體層azo和絕緣體層al2o3多次交替沉積而成，這種tft不需要退火處理，此外，用pld沉積al2o3，使al2o3禁帶寬度變大，遷移率提升。然而以上文獻(xiàn)中的tft器件有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)文獻(xiàn)1中為了消除內(nèi)在缺陷進(jìn)而提高性能，器件需要進(jìn)行退火處理，而以塑料為柔性襯底的tft器件不能經(jīng)過(guò)高溫退火，因此該文獻(xiàn)的方法不能推廣到柔性顯示中。(2)文獻(xiàn)1中tft器件有源層使用原子層沉積方式(簡(jiǎn)稱(chēng)ald方式)進(jìn)行沉積，通過(guò)ald方式沉積的絕緣體al2o3禁帶寬度較小，容易出現(xiàn)載流子的隧穿，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致器件性能尤其是遷移率的下降。(3)文獻(xiàn)1中tft器件的有源層為6層，文獻(xiàn)2中tft器件的有源層為4層，工藝復(fù)雜，不能有效降低成本。(4)文獻(xiàn)2中，室溫下，使用azo，al2o3依次堆疊作為有源層，且該tft器件不需退火，但是這類(lèi)tft器件受有源層材料限制，其遷移率較低，只有2.27cm2.v-1.s-1。另外，該器件使用pld方式沉積薄膜，不利于大面積器件的制備。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。本發(fā)明的另一目的在于提供上述雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，由依次層疊的襯底、柵極、柵極絕緣層、有源層和源/漏電極構(gòu)成；所述有源層由一層絕緣體層和一層半導(dǎo)體層構(gòu)成，其中半導(dǎo)體層靠近柵極絕緣層；所述的絕緣體層材料為具有絕緣特性的二元氧化物ao，半導(dǎo)體層為具有半導(dǎo)體特性的四元氧化物bcdo，其中a、b、c、d代表不同的金屬元素。優(yōu)選地，所述的二元氧化物ao中，a元素為al、hf或zr，更優(yōu)選為al。優(yōu)選地，所述的四元氧化物bcdo中，b元素為in，c元素為ga或sn，d元素為zn。優(yōu)選地，所述絕緣體層的厚度為3nm～3.5nm，半導(dǎo)體層的厚度為9.5nm～10.5nm。上述雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制備方法，包括如下步驟：(1)室溫下通過(guò)直流磁控濺射在襯底上沉積柵極；(2)通過(guò)陽(yáng)極氧化生長(zhǎng)柵極絕緣層；(3)室溫下通過(guò)磁控濺射依次沉積半導(dǎo)體層和絕緣體層，得到有源層；(4)室溫下通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜法制備源/漏電極。優(yōu)選地，步驟(3)中使用直流磁控濺射沉積半導(dǎo)體層，且施加1khz、20μs的脈沖；使用射頻磁控濺射沉積絕緣體層；沉積半導(dǎo)體層和絕緣體層的磁控濺射的本底真空度為5×10-4pa。本發(fā)明的原理為：所述的絕緣體層為具有絕緣特性的二元氧化物ao，絕緣體層的功能是讓非半導(dǎo)體層平面的電子受到絕緣體層勢(shì)壘的抑制，無(wú)法穿過(guò)絕緣體層，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在半導(dǎo)體層，即形成二維電子傳輸，促進(jìn)了載流子濃度和遷移率的提高，高載流子濃度會(huì)填充界面缺陷態(tài)，抑制界面缺陷對(duì)性能的影響，有利于室溫下制備器件。本發(fā)明的制備方法及所得到的薄膜晶體管具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：(1)本發(fā)明采用不同的兩種氧化物堆疊起來(lái)而成為薄膜晶體管的有源層，能夠在室溫下通過(guò)磁控濺射方式制備，制備工藝簡(jiǎn)單，且不需要退火處理。(2)本發(fā)明所得薄膜晶體管具有高遷移率、高穩(wěn)定性。(3)本發(fā)明所得超薄的有源層適合大尺寸、高分辨面板。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的層疊結(jié)構(gòu)示意圖，其中，01-襯底，02-柵極，03-柵極絕緣層，04-半導(dǎo)體層，05-絕緣體層，06-源/漏電極。圖2和圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線圖。圖4和圖5是本發(fā)明實(shí)施例2所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線圖。圖6和圖7是本發(fā)明實(shí)施例3所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，其層疊結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由依次層疊的襯底01、柵極02、柵極絕緣層03、有源層半導(dǎo)體層04、有源層絕緣體層05和源/漏電極06構(gòu)成。本實(shí)施例半導(dǎo)體層材料為igzo(氧化銦鎵鋅)，絕緣體層材料為al2o3。本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管通過(guò)如下方法制備：(1)在室溫下在襯底上直流磁控濺射沉積al:nd合金，作為柵極；(2)通過(guò)陽(yáng)極氧化生長(zhǎng)al2o3:nd柵極絕緣層；(3)室溫下，通過(guò)掩膜，磁控濺射生長(zhǎng)有源層——通過(guò)直流磁控濺射的方法生長(zhǎng)半導(dǎo)體層igzo層；通過(guò)射頻磁控濺射的方法生長(zhǎng)絕緣體層al2o3層。igzo層和al2o3層這兩層堆疊作為有源層。具體制備參數(shù)：儀器本底真空度為5.0×10-4pa，其中生長(zhǎng)igzo層使用直流磁控濺射，且施加1khz、20μs的脈沖，濺射的功率為120w，濺射的氬氣與氧氣比例為100:5，濺射的氣壓為1mtorr；生長(zhǎng)al2o3層使用射頻磁控濺射，濺射的功率為120w，濺濺射的氬氣與氧氣比例為100:0，濺射的氣壓為1mtorr。兩層薄膜的厚度通過(guò)沉積時(shí)間來(lái)控制，生長(zhǎng)igzo層沉積72s，厚度為10.146nm，生長(zhǎng)al2o3層沉積130s，厚度為3.02nm。(4)室溫下，真空蒸發(fā)鍍膜法生長(zhǎng)al源/漏電極——al電極是在壓強(qiáng)為3.0×10-4pa下，室溫通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜法沉積，沉積時(shí)間為30min。本實(shí)施例所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管進(jìn)行測(cè)試得到的電學(xué)特性曲線如圖2和圖3所示。圖2橫坐標(biāo)vd(v)是施加在源、漏電極之間的電壓大??；縱坐標(biāo)id(a)是源、漏電極之間產(chǎn)生的電流大?。粓D2中vg是施加在柵極的電壓大小。隨著vg的增大，當(dāng)vg大于開(kāi)啟電壓von時(shí)，導(dǎo)電溝道會(huì)開(kāi)啟，此時(shí)源、漏電極之間的電流大小id隨著施加在源、漏電極之間的電壓vd變化而變化。圖3橫坐標(biāo)vg(v)是施加在柵極的電壓大??；左縱坐標(biāo)id(a)是源、漏電極之間產(chǎn)生的電流大小，當(dāng)vg大于某一值時(shí)，導(dǎo)電溝道開(kāi)啟，器件由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_(kāi)態(tài)，溝道電流id瞬間增大；右縱坐標(biāo)id1/2(a1/2)是源、漏電極之間產(chǎn)生的電流大小的平方根，這條曲線的線性擬合線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)大小為閾值電壓vth。根據(jù)圖2和圖3的結(jié)果獲得的參數(shù)結(jié)果如表1所示。表1μsat15.7cm2.v-1.s-1ion/ioff1.97×107ss0.37v.decade-1vth1.19v飽和器遷移率μsat：遷移率是指電子和空穴在電場(chǎng)下的漂移速度，而飽和遷移率是在飽和區(qū)計(jì)算的遷移率。開(kāi)關(guān)比ion/ioff：開(kāi)關(guān)比在數(shù)值上等于器件的開(kāi)態(tài)電流(ion)與關(guān)態(tài)電流之比(ioff)，它反映了器件對(duì)電流的調(diào)控能力。亞閾值擺幅ss：表示tft器件由關(guān)態(tài)變換到開(kāi)態(tài)時(shí)的切換時(shí)間大小。閾值電壓vth：閾值電壓是導(dǎo)電溝道開(kāi)啟的臨界電壓。由以上結(jié)果可以看出，本發(fā)明的雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，能夠在室溫下通過(guò)磁控濺射制備，且不需要退火處理。所得薄膜晶體管具有高遷移率和高穩(wěn)定性。實(shí)施例2本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，其層疊結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由依次層疊的襯底01、柵極02、柵極絕緣層03、有源層半導(dǎo)體層04、有源層絕緣體層05和源/漏電極06構(gòu)成。本實(shí)施例半導(dǎo)體層材料為igzo(氧化銦鎵鋅)，絕緣體層材料為al2o3。本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管通過(guò)如下方法制備：(1)在室溫下在襯底上直流磁控濺射沉積al:nd合金，作為柵極；(2)通過(guò)陽(yáng)極氧化生長(zhǎng)al2o3:nd柵極絕緣層；(3)室溫下，通過(guò)掩膜，磁控濺射生長(zhǎng)有源層——通過(guò)直流磁控濺射的方法生長(zhǎng)半導(dǎo)體層igzo層；通過(guò)射頻磁控濺射的方法生長(zhǎng)絕緣體層al2o3層。igzo層和al2o3層這兩層堆疊作為有源層。具體制備參數(shù)：儀器本底真空度為5.0×10-4pa，其中生長(zhǎng)igzo層使用直流磁控濺射，且施加1khz、20μs的脈沖，濺射的功率為120w，濺射的氬氣與氧氣比例為100:5，濺射的氣壓為1mtorr；生長(zhǎng)al2o3層使用射頻磁控濺射，濺射的功率為120w，濺濺射的氬氣與氧氣比例為100:0，濺射的氣壓為1mtorr。兩層薄膜的厚度通過(guò)沉積時(shí)間來(lái)控制，生長(zhǎng)igzo層沉積72s，厚度為10.21nm，生長(zhǎng)al2o3層沉積140s,厚度為3.344nm。(4)室溫下，真空蒸發(fā)鍍膜法生長(zhǎng)al源/漏電極——al電極是在壓強(qiáng)為3.0×10-4pa下，室溫通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜法沉積，沉積時(shí)間為30min。本實(shí)施例所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管進(jìn)行測(cè)試得到的電學(xué)特性曲線如圖4和圖5所示。根據(jù)圖4和圖5的結(jié)果獲得的參數(shù)結(jié)果如表2示。表2μsat12.1cm2.v-1.s-1ion/ioff7.09×106ss0.36v.decade-1vth2.36v實(shí)施例3本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，其層疊結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由依次層疊的襯底01、柵極02、柵極絕緣層03、有源層半導(dǎo)體層04、有源層絕緣體層05和源/漏電極06構(gòu)成。本實(shí)施例半導(dǎo)體層材料為igzo(氧化銦鎵鋅)，絕緣體層材料為al2o3。本實(shí)施例的一種雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管通過(guò)如下方法制備：(1)在室溫下在襯底上直流磁控濺射沉積al:nd合金，作為柵極；(2)通過(guò)陽(yáng)極氧化生長(zhǎng)al2o3:nd柵極絕緣層；(3)室溫下，通過(guò)掩膜，磁控濺射生長(zhǎng)有源層——通過(guò)直流磁控濺射的方法生長(zhǎng)半導(dǎo)體層igzo層；通過(guò)射頻磁控濺射的方法生長(zhǎng)絕緣體層al2o3層。igzo層和al2o3層這兩層堆疊作為有源層。具體制備參數(shù)：儀器本底真空度為5.0×10-4pa，其中生長(zhǎng)igzo層使用直流磁控濺射，且施加1khz、20μs的脈沖，濺射的功率為120w，濺射的氬氣與氧氣比例為100:5，濺射的氣壓為1mtorr；生長(zhǎng)al2o3層使用射頻磁控濺射，濺射的功率為120w，濺濺射的氬氣與氧氣比例為100:0，濺射的氣壓為1mtorr。兩層薄膜的厚度通過(guò)沉積時(shí)間來(lái)控制，生長(zhǎng)igzo層沉積75s，厚度為10.48m，生長(zhǎng)al2o3層沉積130s，厚度為3.031nm.(4)室溫下，真空蒸發(fā)鍍膜法生長(zhǎng)al源/漏電極——al電極是在壓強(qiáng)為3.0×10-4pa下，室溫通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜法沉積，沉積時(shí)間為30min。本實(shí)施例所得雙層有源層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管進(jìn)行測(cè)試得到的電學(xué)特性曲線如圖6和圖7所示。根據(jù)圖6和圖7的結(jié)果獲得的參數(shù)結(jié)果如表3示。表3μsat11cm2.v-1.s-1ion/ioff6.66×106ss0.49v.decade-1vth4.04v上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12