氧化物薄膜的制備方法及其薄膜晶體管的制作方法
【專利說明】氧化物薄膜的制備方法及其薄膜晶體管
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化物薄膜的制備方法及具有該氧化物薄膜的薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來(lái)，金屬氧化物廣泛應(yīng)用于制備透明電極、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、薄膜晶體管等電子器件。作為平板顯示領(lǐng)域最重要的電子器件之一一一薄膜晶體管，特別是金屬氧化物薄膜晶體管，由于其較高的載流子迀移率(l-lOOcnA^s—1)、對(duì)可見光透明、均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注和研究。
[0004]目前，基于IGZO氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但制備該半導(dǎo)體材料都是采用物理氣相沉積等方法，設(shè)備昂貴，制備成本高，難以實(shí)現(xiàn)大面積制備。
[0005]溶液加工法制備氧化物薄膜無(wú)需真空設(shè)備，是一種可以大大降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)大面積制備金屬氧化物薄膜晶體管的方法?，F(xiàn)有的溶液加工法制備氧化物薄膜大多是基于溶膠-凝膠技術(shù)的，需要先將氧化物的前驅(qū)體成膜后進(jìn)行高溫退火，使前驅(qū)體薄膜分解形成所需的氧化物薄膜，限制了其在柔性襯底上的應(yīng)用;溶膠-凝膠法還不可避免地會(huì)因?yàn)榉纸獠煌耆斐纱罅康碾x子雜質(zhì)，從而影響器件的性能。此外，溶膠-凝膠法的前驅(qū)體溶液的溶劑通常為乙二醇單甲醚、乙腈、乙醇等有機(jī)溶劑，有時(shí)添加乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或過氧化氫等其中一種或多種試劑作為添加劑，這樣不但不環(huán)保、成本較高，而且容易造成薄膜的碳?xì)埩舳绊懕∧さ男阅堋?br>[0006]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的氧化物薄膜的制備方法及應(yīng)用該氧化物薄膜制備的薄膜晶體管甚為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于提供一種制備溫度低、成本低、適用于大面積制備、環(huán)保、可控性強(qiáng)、所制備的薄膜性能良好的氧化物薄膜的制備方法。
[0008]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。
[0009]—種氧化物薄膜的制備方法，先將氧化物納米粉末用分散劑分散在溶劑中形成懸浮液，然后將懸浮液在襯底上成膜，再將所成的膜經(jīng)退火處理去除分散劑后得到所需要的氧化物薄膜；
所述氧化物納米粉末含有銦、鋅、鎵、錫、鋯、鋁、鉿、鈧、鉭和硅中的至少一種，所述溶劑為水或醇。
[0010]上述分散劑為木質(zhì)素、酚醛樹脂或纖維素中的一種。
[0011 ] 上述氧化物納米粉末的顆粒大小為0.5?lOOnm。
[0012]上述氧化物薄膜的制備方法，懸浮液通過旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷方式在襯底上成膜。
[0013]上述氧化物薄膜的制備方法，退火處理的溫度為100?500°C。
[0014]上述氧化物薄膜的制備方法，所制備的氧化物薄膜呈半導(dǎo)體性質(zhì)，用以作為薄膜晶體管的有源層。
[0015]上述氧化物薄膜的制備方法，所制備的氧化物薄膜呈絕緣體性質(zhì)，用以作為薄膜晶體管的絕緣層。
[0016]上述氧化物薄膜的制備方法，所制備的氧化物薄膜呈導(dǎo)體性質(zhì)，用以作為薄膜晶體管的柵極、源極或漏極。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法無(wú)需前驅(qū)體而直接將氧化物納米粉末分散后成膜，再進(jìn)行退火去除分散劑。整個(gè)過程無(wú)需分解前驅(qū)體獲得氧化物薄膜，故無(wú)離子污染，且制備溫度低，能與大部分柔性襯底兼容。
[0018]本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法所采用的分散劑選擇木質(zhì)素、酚醛樹脂或纖維素中的一種，分散劑的磺酸根前部可以接較長(zhǎng)的烷基鏈，能夠有效地?fù)伍_顆粒較大的氧化物納米粉末，因此分散效果好;同時(shí)，這些材料容易獲得，成本低且環(huán)保。
[0019]所用的溶劑為水或醇，成本極低且環(huán)保。
[0020]故，本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適合于柔性襯底，制備過程中無(wú)離子污染，制備溫度低，制備中采用的原料成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法適用于大面積制備、環(huán)保、可控性強(qiáng)、所制備的薄膜性能良好。
[0021]本發(fā)明的另一目的在于提供一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管采用上述氧化物薄膜構(gòu)成其一個(gè)或者多個(gè)功能層，所制備的薄膜晶體管具有較高的迀移率，較高的開關(guān)比，良好的透光率，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可實(shí)現(xiàn)低溫、大規(guī)模制備，并能應(yīng)用于柔性顯示。
[0022]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):
提供一種薄膜晶體管，設(shè)置有柵極、有源層、絕緣層以及源極和漏極，絕緣層、有源層、柵極、源極和漏極中的至少一種設(shè)置為通過上述氧化物薄膜的制備方法制備的氧化物薄膜；
當(dāng)氧化物薄膜作為絕緣層時(shí)，作為絕緣層的氧化物薄膜呈絕緣體性質(zhì)；
當(dāng)氧化物薄膜作為有源層時(shí)，作為有源層的氧化物薄膜呈半導(dǎo)體性質(zhì)；
當(dāng)氧化物薄膜作為柵極、源極和漏極時(shí)，作為柵極、源極和漏極的氧化物薄膜呈導(dǎo)體性質(zhì)。
[0023]本發(fā)明的薄膜晶體管，采用上述氧化物薄膜構(gòu)成其一個(gè)或者多個(gè)功能層，所制備的薄膜晶體管具有較高的迀移率，較高的開關(guān)比，良好的透光率，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可實(shí)現(xiàn)低溫、大規(guī)模制備，并能應(yīng)用于柔性顯示。
【附圖說明】
[0024]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例2的木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的薄膜晶體管的輸出特性曲線； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的酚醛樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的薄膜晶體管的輸出特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例的范圍。
[0027]實(shí)施例1。
[0028]—種氧化物薄膜的制備方法，先將氧化物納米粉末用分散劑分散在溶劑中形成懸浮液，然后將懸浮液在襯底上成膜，再將所成的膜經(jīng)退火處理去除分散劑得到所需要的氧化物薄膜。
[0029]氧化物納米粉末含有銦、鋅、鎵、錫、鋯、鋁、鉿、鈧、鉭和硅中的至少一種，優(yōu)選的，該氧化物納米粉末可以是二元氧化物如Si02、ΖηΟ、Ιη2θ3、Ga203、Sn02等;更優(yōu)選的，該氧化物納米粉末可以是多元摻雜氧化物如InZnO、InSnO、ZnSnO、InGaZnO等。氧化物納米粉末的顆粒大小介于0.5至I OOnm之間。
[0030]溶劑為水或醇。分散劑為木質(zhì)素、酚醛樹脂或纖維素，這些材料中的磺酸根前面可以連接較長(zhǎng)的烷基鏈，能有效地?fù)伍_顆粒較大的氧化物納米粉末，因此，它們比傳統(tǒng)的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚對(duì)苯乙烯磺酸(PSS)分散劑的分散效果更有效。此外，木質(zhì)素、酚醛樹脂或纖維素能直接在水或醇中分散氧化物納米粉末，形成較穩(wěn)定的懸浮液。
[0031]具體的，分散后所形成的懸浮液可以通過旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷等制備方法在襯底上成膜。退火處理的溫度以100?500°C為宜，可根據(jù)具體材質(zhì)調(diào)整。
[0032]該方法根據(jù)不同的氧化物納米粉末可以制備不同性質(zhì)的氧化物薄膜。可以用于制備呈半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化物薄膜，用以作為薄膜晶體管的有源層;也可以用于制備呈絕緣體性質(zhì)的氧化物薄膜，用以作為薄膜晶體管的絕緣層;亦可以用于制備呈導(dǎo)體性質(zhì)的氧化物薄膜，用以作為薄膜晶體管的柵極、源極、漏極。
[0033]本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法無(wú)需前驅(qū)體而直接將氧化物納米粉末分散后成膜，再進(jìn)行退火去除分散劑。整個(gè)過程無(wú)需分解前驅(qū)體獲得氧化物薄膜，無(wú)離子污染，且制備溫度低，能與大部分柔性襯底兼容。上述氧化物納米粉末可以進(jìn)一步包括氫氧化物，因氫氧化物分解溫度低，故不影響整體的退火溫度且殘留少。
[0034]所采用的分散劑選擇木質(zhì)素、酚醛樹脂或纖維素中的一種，分散劑的磺酸根前面可以接較長(zhǎng)的烷基鏈，能夠有效地?fù)伍_顆粒較大的氧化物納米粉末，因此分散效果好；同時(shí)，這些材料容易獲得，成本極低且環(huán)保。
[0035]所用的溶劑為水或醇，成本低且環(huán)保。
[0036]故，本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適合于柔性襯底，制備過程中無(wú)離子污染，制備溫度低，制備中采用的原料成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明的氧化物薄膜的制備方法適用于大面積制備、環(huán)保、可控性強(qiáng)、所制備的薄膜性能良好。
[0037]實(shí)施例2。
[0038]—種氧化物薄膜的制備方法，具體步驟如下:
(I)將In2O3納米粉末用如圖1所示的木質(zhì)素分散在水中形成懸浮液，經(jīng)過超聲及過濾后通過旋凃、刮涂、提拉、滴涂或印刷的方式在襯底上成膜，襯底的結(jié)構(gòu)為A1/A1203/PEN塑料。
[0039](2)將步驟(I)制備的薄膜在120_180°C條件退火。
[0040](3)重復(fù)成膜及退火工序，直至得