[发明专利]一种双极性氧化亚锡反相器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物反相器的制备方法，尤其涉及一种双极性氧化亚锡反相器的制备方法。

背景技术

透明电子学是近期一个快速发展的领域。与传统的电子学器件相比，透明电子器件在面向消费者的许多应用领域，特别是在显示器件领域蕴藏着巨大的潜力。在有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中，目前依旧采用非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管作为开关单元，但非晶硅薄膜晶体管迁移率低、光敏性强；多晶硅薄膜晶体管的大面积制作工艺复杂、低温工艺难以实现，限制了它们在更广阔的范围中应用。透明氧化物薄膜晶体管的实现对透明电子学来说是一个富有成效的进展，为制造电路和系统创造了条件。由于氧化物薄膜晶体管可以用来制备CMOS(互补金属氧化物半导体)电路，因此可以用来制备多种集成电路与功能模块，使整个电路模块透明化，为透明电子学的研究和应用开辟广阔空间。采用氧化物薄膜晶体管制备的这些透明电路可应用于光电子器件、镜片、车窗、广告、医疗设备等领域。

反相器工作过程中，p型和n型晶体管轮流导通，导通电阻小，截止电阻大，所以静态电流小，功耗低，是CMOS逻辑电路的基本部件。一般地，反相器由p型沟道晶体管与n型沟道晶体管联结组成。然而，由于多数透明氧化物呈单极n型导电特性，使得其应用被限制在单极型器件，而在互补型电子器件、电路等应用领域，难以体现其潜在的应用价值。因此，制备氧化物沟道双极性晶体管并利用其制备出高性能反相器显得及其重要。

至今为止，利用了氧化物沟道薄膜晶体管的反相器分为三类。

第一类是由n型氧化物与p型无机材料沟道薄膜晶体管联结而成。这类反相器必须进行两次沟道的沉积，而且不同氧化物沟道的最佳工艺往往不一致，因而造成工艺优化困难，且因n型区和p型区的性能难以平衡导致增益不高。文献“基于n沟道ZnO和p沟道ZnTe的互补型薄膜电子器件”(IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，30，1314，2009)公开了一种反相器的制备方法，该反相器由脉冲激光沉积方法(该方法难以实现大面积均匀制膜)制备的n型ZnO薄膜晶体管和分子束外延方法(该方法所使用的系统价格昂贵且操作相对复杂)制备的p型ZnTe薄膜晶体管联结而成，其最高增益约为5。文献“纸上的补偿金属氧化物半导体技术”(Advance Materials，23，4491，2011)公开了一种反相器，该反相器由n型GaZnInO薄膜晶体管和p型SnO_x(x＜2)薄膜晶体管联结而成，但由于n型区场效应迁移率是p型区的50倍左右，该反相器的最高增益值约为5。

第二类是由n型氧化物沟道薄膜晶体管与p型有机物沟道薄膜晶体管联结而成。这类反相器虽然较容易实现高增益特性，但这类反相器涉及有机和无机材料的杂化，往往需要采用不同的衬底、栅介质以及电极材料，制备工艺复杂，与现行集成电路工艺难以兼容，适用性差。

第三类就是基于双极性氧化物薄膜晶体管的反相器。与前两类相比，第三类反相器还存在三方面优势。其一，前两类只能工作在第一象限中，而第三类反相器可以同时工作在第一象限和第三象限中。其二，这类反相器由于可以采用同一种氧化物沟道，因而制备工艺相对简单。其三，前两类反相器的沟道和电极结构设计及制备均较为复杂，而第三类反相器则可采用相对简单的结构。因前两类反相器的n型和p型沟道材料不同，往往制备手段或优化工艺也不同，故通常只能采用图1(底栅结构)和图2(顶栅结构)所示的结构。而第三类反相器除可以采用图1和图2所示结构，还可以采用图3和图4所示的一个沟道一组电极的简单结构，体现了双极性沟道反相器的结构多样性，可提供更多选择。如此，相比于前两类反相器，第三类反相器除可降低制备难度外，还可以减小器件尺寸从而提高集成度并降低能耗。现有技术中，文献“双极性氧化物薄膜晶体管”(ADVANCE MATERIALS，23，3431，2011)公开了一种反相器，此反相器采用图1所示结构，以及用脉冲激光沉积方法制备的氧化亚锡薄膜作为双极性沟道层。由于此反相器的p型区场效应迁移率远高于n型区，其最高增益值很低(＜2.5)，且不能完整地在第三象限区工作，存在着技术缺陷。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是：如何降低氧化亚锡作为沟道层的反相器的制备难度并提高制备的反相器的器件性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备工艺简单可控，可实现高增益的双极性氧化亚锡反相器的制备方法。

一种双极性氧化亚锡反相器的制备方法，包括以下步骤：

1)选择衬底，并进行栅介质层及输入端电极的制备；