[实用新型]双肖特基结氧化锌半导体薄膜晶体管

说明书

技术领域：

本发明涉及一种双肖特基结氧化锌半导体薄膜晶体管。

背景技术：

目前国内外研究的ZnO薄膜晶体管主要采用顶栅与底栅场效应结构。传统的非晶硅TFT在大面积排布时表现出良好的电特性，但是它们在正偏压工作条件下并不稳定。此外，在驱动OLED显示时，由于电荷诱导效应和亚稳态的产生，导致开启电压不可避免出现漂移现象。相反，低温多晶硅TFT在驱动OLED显示时具有良好的开启电压稳定性，但是不利于大面积排布，表现出不均匀性，从而限制了其应用领域。

近年来国内外文献中报道使用ZnO透明薄膜材料作为TFT的导电沟道，主要采用顶栅和底栅结构，其驱动电压较高，工作电流在微安量级[4-5]，还不能够充分满足有源有机发光二极管平板显示器所需要的毫安量级驱动电流。

发明内容：

本发明的目的是提供一种驱动电压低，工作电流大，栅极电压控制灵敏，具有高速、高电流密度的双肖特基结氧化锌半导体薄膜晶体管。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种双肖特基结氧化锌半导体薄膜晶体管，其组成包括：底衬板，所述的底衬板上面连接源极Ag薄膜层，所述的源极Ag薄膜层上面连接导电沟道ZnO薄膜层，所述的导电沟道ZnO薄膜层上面连接栅极半绝缘Al薄膜层，所述的栅极半绝缘Al薄膜层上面连接所述的导电沟道ZnO薄膜层，所述的导电沟道ZnO薄膜上层上面连接所述的漏极Ag薄膜层。

所述的双肖特基结氧化锌半导体薄膜晶体管，所述的导电沟道ZnO薄膜层的厚度为120±20 nm，所述的栅极半绝缘Al薄膜层的厚度为20±10 nm，所述的源极Ag薄膜层的厚度为50nm。

有益效果：

1.本发明是以源极与漏极金属Ag薄膜与ZnO薄膜形成双肖特基结、以ZnO为活性层的垂直结构的金属氧化物半导体薄膜晶体管，具有驱动电压低，工作电流大，栅极电压控制灵敏，具有高速、高电流密度的特点。

2.本发明与传统的非晶硅、多晶硅和有机半导体TFT相比，金属氧化物半导体TFT拥有宽带隙、高均匀性、高稳定性以及高迁移率等优良特性，使得它们在有源矩阵OLED和LCD平板显示器驱动电路、集成电路芯片和电子标签中有广泛的应用；特别在有源驱动平板电视中，随着电视尺寸和图像分辨率的增加，除了信号线中时间的延迟外，像素的充电时间随之减小，因此，必须要求TFT拥有更高的电迁移率。在超高分辨率、帧速率为120Hz的平板显示器中，要求电迁移率至少在3 cm²/V×s，而传统的非晶硅TFT的迁移率约为0.5 cm²/V×s，不能满足高性能有源平板电视的要求，本产品能满足高性能有源平板电视的要求。

3.本发明采用的ZnO是一种无毒N型半导体材料，同时具有压电和铁电特性，在压电器件、传感器、表面声波器件以及透明导电电极等无源和有源器件中有广泛的应用；在用作TFT器件时，由于它的禁带宽度在3.2eV附近，因此，在可见光波段基本没有光吸收效应，ZnO的电气特性不会改变；从而在用作有源平板显示器的驱动器件时，作为导电沟道层，并不需要额外的遮光保护层，从而提高有源矩阵显示器件的开口率。

4.本发明采用射频磁控溅射法生长ZnO薄膜作为有源导电沟道层，用Al薄膜作为栅极，用 Ag/ZnO/Al/ZnO/Ag叠层垂直结构的双肖特基结TFT，得到了驱动电压低、工作电流达到毫安量级电流的ZnO-TFT。

5.本发明采用Keithley 4200-SCS型半导体性能测试仪测试ZnO薄膜晶体管器件的输出特性和转移特性。

6.本发明利用射频磁控溅射法生长ZnO有源层，用Al薄膜作为TFT的栅极，Ag薄膜作为TFT的漏源极，在石英玻璃衬底上制备了垂直叠层双肖特基结构的晶体管。

7.本发明通过控制导电沟道ZnO薄膜的厚度，获得了性能良好的TFT静态工作特性；器件有效面积是0.02cm2，在栅极电压VGS (<1.0V)的情况下，控制金属电极Ag薄膜隧穿入ZnO薄膜的载流子数量，实现了对漏源极间电流IDS的控制；在栅极偏压VGS=0 V，VDS=3 V时，漏源极电流IDS=9.15×10-3 A，开启电压Vth在1.35V左右。