[发明专利]一种全透明柔性非晶氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明的全透明柔性非晶氧化物半导体薄膜晶体管，以透明的有机聚合物为衬底，衬底保护与气体阻隔层为Al₂O₃薄膜，栅极绝缘层为Al₂O₃‑ZrO₂复合薄膜，栅极、源极和漏极为AZO薄膜，沟道层为ZnAlMO薄膜，封装层为Al₂O₃薄膜，各层材料均为含有Al元素的氧化物薄膜，且其禁带宽度均大于3.35 eV，在可见光区域是透明的。采用等离子体轰击技术、有机衬底低温加热技术、衬底保护与气体阻隔层技术、功能层低温沉积技术、脉冲激光瞬间退火技术等，实现薄膜晶体管器件的制备和后续处理，制得的全透明柔性非晶氧化物半导体薄膜晶体管，开关电流比大于10⁷，场效应迁移率大于50cm²/Vs，器件可见光透过率大于91%。

技术领域

本发明涉及一种非晶氧化物半导体薄膜晶体管，尤其涉及一种全透明柔性非晶氧化物半导体薄膜晶体管。。

背景技术

随着信息技术的发展，人们对显示产品的要求越来越高，全透明柔性显示被认为是未来的一种新型显示技术，具有可穿戴、便携化和智能化的特点。在显示器件中，薄膜晶体管（TFT）是其核心部件之一。目前，全透明柔性TFT已成为一个国内外学术界和产业界都争相研发的热点方向。除透明和可挠曲特性外，全透明柔性TFT还具有轻、薄、耐冲击、大面积等方面的优势，在大面积平板显示、有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）、电子纸等领域有广泛的应用前景。

目前，商业上广泛应用的是Si基TFT，但Si是窄禁带半导体，对可见光是不透明的，而且难以低温沉积，不适用于有机柔性衬底。因而，传统的Si基TFT已不再适用于制备全透明柔性器件。为此，宽禁带氧化物半导体TFT进入人们的研究视野，并日益受到关注。与Si基TFT不同，氧化物TFT具有如下优点：可见光透明，光敏退化性小，不用加掩膜层，提高了开口率，可解决开口率低对高分辨率、超精细显示屏的限制；易于室温沉积，适用于有机柔性基板；迁移率较高，可实现高的开/关电流比，较快的器件响应速度，应用于高驱动电流和高速器件；特性不均较小，电流的时间变化也较小，可抑制面板的显示不均现象，适于大面积化用途。

在氧化物半导体TFT领域，人们最早研究的是ZnO TFT。ZnO可在室温下沉积生成多晶薄膜，迁移率高，器件性能较好，但是多晶态的ZnO晶粒尺寸较大，难以细化，存在大量晶界，表面粗糙度较大，造成器件成品率较低。为此，人们开发了以InGaZnO为代表的非晶氧化物TFT，Zn为基体元素，In可形成电子传输的通道，Ga为电子浓度控制元素，目前InGaZnOTFT研究最为广泛。随着研发的持续开展，人们又开发了ZnAlSnO为代表的非晶氧化物TFT，Zn为基体元素，Sn可形成电子传输的通道，Al为电子浓度控制元素。目前，非晶氧化物半导体（AOS）材料主要是InZnO基（InGaZnO为代表）和ZnSnO基（ZnAlSnO为代表）两种体系的材料，人们对此的研究也已很多，但大多基于硬质衬底在一定的加热温度下制备，而且使用的是金属电极，所得到的也并非全透明TFT。

因而，如何制备高性能的全透明柔性AOS TFT依然是一个尚未解决的科技难题。主要存在三方面的问题需要解决：其一，如何选择电极、沟道层与绝缘层材料，实现各层材料彼此的有效匹配，而且是全透明的；其二，如何使沉积的各层薄膜与有机衬底有很强的附着力，而且具有良好的弯曲稳定性；其三，采取何种工艺能有效提高器件性能，且与有机柔性衬底相兼容。若想制备得到高器件性能的AOS TFT，上述三方面的问题必须得到解决，而且技术方案还必须具备批量化生产和产业化能力。

发明内容

本发明的目的是针对上述科技难题，提供一种全透明柔性非晶氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。