[发明专利]硼化镧掺杂的氧化物半导体材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼化镧掺杂的氧化物半导体材料，该材料作为薄膜晶体管的沟道层材料可以应用在有机发光显示（OLED）、液晶显示（LCD）、电子纸显示等领域，也可以用于集成电路领域。

背景技术

近年来，在平板显示尤其是在有机电致发光显示（OLED）领域，基于氧化物半导体的薄膜晶体管越来越受到重视。目前用在平板显示的薄膜晶体管的半导体沟道层的材料主要是硅材料，包括非晶硅（a-Si：H）、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅薄膜晶体管具有对光敏感、迁移率低（<1cm²/Vs）和稳定性差等缺点；多晶硅薄膜晶体管虽然具有较高的迁移率，但是由于晶界的影响导致其电学均匀性差，且多晶硅制备温度高和成本高，限制了其在平板显示中的应用；微晶硅制备难度大，晶粒控制技术难度高，不容易实现大面积规模量产。基于氧化物半导体的薄膜晶体管具有载流子迁移率较高（1～100 cm²/Vs）、制备温度低（<400℃，远低于玻璃的熔点）、对可见光透明等优点，在平板显示的TFT基板领域，有替代用传统硅工艺制备的薄膜晶体管的发展趋势。

氧化物半导体材料主要包括氧化锌（ZnO）、氧化铟锌（IZO）等。其中，ZnO的迁移率较低，如果制备成迁移率较高的多晶的ZnO薄膜，则需要较高的温度，但多晶的ZnO薄膜的均匀性和稳定性较差；IZO的热处理温度比较低，迁移率较高，但基于IZO的薄膜晶体管的稳定性不足，阈值电压较负，亚阈值摆幅较大。因此一般需要在IZO中掺入Ga、Al或Ta等以抑制阈值电压的漂移，但是掺入这些元素又会使电子迁移率大大降低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种新的氧化物半导体材料，这种材料通过在氧化锌基材料中引入新的掺杂物，可以提高迁移率，并提高稳定性；本发明还包括了利用这种新的氧化物半导体材料作为沟道层的薄膜晶体管，这种薄膜晶体管的有源层与绝缘层之间具有良好的接触，具有迁移率高、稳定性好的优点。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种硼化镧掺杂的氧化物半导体材料，是由氧化锌(ZnO)基材料中掺入硼化镧(LaB₆)组成，所述硼化镧与氧化锌基材料的质量比大于0、小于或等于0.1。

所述的氧化锌基材料的化学式为：(MO)_x(In₂O₃)_y(ZnO)_1-x-y，其中MO为Ga₂O₃、Al₂O₃、Ta₂O₅中的一种，0≤x≤0.2，0≤y≤0.8；更优选的方案为0.01≤x≤0.1；0.3≤y≤0.6。

所述的硼化镧与所述氧化锌基材料的质量比更优选的方案为大于或等于0.005、小于或等于0.1。

一种薄膜晶体管，包括：基板、栅极、绝缘层、沟通层、源极、漏极，栅极位于基板之上，绝缘层覆盖在栅极上端，沟道层制备在绝缘层之上，源极和漏极分别位于沟道层的两端，所述沟道层的材料采用所述的硼化镧掺杂的氧化物半导体材料。

本发明硼化镧掺杂的氧化物半导体材料为在氧化锌基材料中掺入硼化镧（LaB_6），因为LaB₆具有n型（电子传输）的特性，所以掺杂后的氧化物半导体材料的电子迁移率可以得到提高；同时因为La具有很弱的电负性（约为1.1，小于In的1.7和Zn的1.6），所以La对氧化锌基材料中的氧（O）的吸引力很强，可以减少氧空位、降低关态电流提高开关比。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明硼化镧掺杂的氧化物半导体材料具有电子迁移率较高，关态电流低，开关比高等特点；

（2）利用本发明的硼化镧掺杂的氧化物半导体材料作为沟道层的薄膜晶体管制备方法简单，温度低，成本低。

附图说明

图1是利用本发明所述的硼化镧掺杂的氧化物半导体材料作为沟道层的薄膜晶体管的截面示意图；

图2是利用本发明所述的硼化镧掺杂的氧化物半导体材料作为沟道层的薄膜晶体管的俯视图；

图3是实施例1~4中的迁移率与硼化镧的掺杂量的关系曲线；

图4是实施例5~8中的迁移率与氧化镓的含量的关系曲线；

图5是实施例9~13中的迁移率与氧化铟的含量的关系曲线。

具体实施方式