[发明专利]一种氮掺非晶氧化物薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于晶体管制备技术领域，尤其涉及一种氮掺非晶氧化物薄膜晶体管及其制备方法。本发明提供的氮掺非晶氧化物薄膜晶体管中的氮掺ITZO有源层为非晶结构，在可见光范围内透过率约90％；以氮掺ITZO为有源层的薄膜晶体管具有场效应高(场效应迁移率高达27.97cm²/(V·s))、界面态密度低、稳定性强的特点，可以实现在室温下制备高性能氮掺ITZO薄膜晶体管。

技术领域

本发明涉及晶体管制备技术领域，尤其涉及一种氮掺非晶氧化物薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)是平板显示技术的核心元件，其性能对显示面板的响应速度、亮度、对比度及功耗有直接的影响。薄膜晶体管主要包括栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极。

有源层是影响薄膜晶体管性能最主要的因素，有源层材料的选择在制备薄膜晶体管时尤为重要。非晶铟锡锌氧化物(ITZO)是一种氧化物半导体，该材料的禁带宽度大于3.2eV、可见光范围内透过率高于85％。此外，ITZO材料中In³⁺和Sn⁴⁺的5s轨道呈球对称，有利于电子的迁移；同时，ITZO薄膜中氧空位和Sn_In等点缺陷的形成，有利于提高薄膜的载流子浓度。然而，空气环境中的氧气分子易在背沟道处吸附与脱附，并捕获或释放电子，造成薄膜晶体管的电学性能不稳定，是氧化物薄膜晶体管在实际应用过程中出现的主要问题。

因此，开发一种电学性能优良、稳定性强的非晶氧化物薄膜晶体管，对于以氧化物薄膜晶体管为像素开关的显示技术具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺非晶氧化物薄膜晶体管及其制备方法，提高非晶氧化物薄膜晶体管的电学性能和稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮掺非晶氧化物薄膜晶体管，包括基底、有源层、源极和漏极，所述有源层的材料为氮掺非晶铟锡锌氧化物。

优选的，所述有源层的厚度为15～60nm。

优选的，所述源极的厚度为100～200nm。

优选的，所述漏极的厚度为100～200nm。

本发明提供了上述技术方案所述氮掺非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

在氩气、氧气和氮气存在的条件下，以非晶铟锡锌氧化物为靶材，采用磁控溅射法在基底上制备有源层，得到基底-有源层；

在所述基底-有源层上制备源极和漏极，得到氮掺非晶氧化物薄膜晶体管。

优选的，所述氩气的流量为50mL/min，所述氧气的流量为10mL/min，所述氮气的流量为2～8mL/min。

优选的，所述磁控溅射法的溅射压强为0.1～0.5Pa，功率为50～100W。

优选的，在基底上制备有源层前，以所述非晶铟锡锌氧化物为靶材进行预溅射。

优选的，所述非晶铟锡锌氧化物靶材由In₂O₃、SnO₂和ZnO烧结而成，所述非晶铟锡锌氧化物靶材中In、Sn和Zn的原子个数比为30:35:35。

优选的，所述预溅射的压强为0.4～1Pa，功率为50～100W，时间为8～12min。

本发明提供的氮掺非晶氧化物薄膜晶体管，包括基底、有源层、源极和漏极，所述有源层的材料为氮掺非晶铟锡锌氧化物(氮掺ITZO)，由于氮的离子半径接近于氧的离子半径，氮的存在可以钝化非晶铟锡锌氧化物有源层内部的氧空位缺陷；氮化后的非晶铟锡锌氧化物薄膜晶体管对空气中氧气的吸附/脱附反应降低，界面态密度降低，有利于器件载流子迁移率和稳定性的提高；