[发明专利]非晶金属薄膜晶体管

说明书

本文描述了各种非晶金属薄膜晶体管。这种晶体管的实施例包括在非导电衬底上形成的非晶金属栅极和沟道导体。这种晶体管的另外实施例包括在非导电衬底上形成的非晶金属源极、非晶金属漏极以及沟道导体。还描述了形成这种晶体管的方法。

【相关申请的交叉引用】

本申请在35 U.S.C.§119(e)下要求2018年3月30日提交的美国临时申请62/651014和2018年12月7日提交的美国临时申请62/777009的权益，此处以引证的方式将上述申请全文并入。

【技术领域】

本公开涉及在薄膜晶体管中并入有一层或多层非晶金属膜的微电子装置。

【背景技术】

非晶金属是刚性的固体材料，其原子结构缺乏表征晶体材料的远程周期性。在非晶金属中，例如，通过并入两种或更多种组分，抑制晶面的形成。在美国专利号8436337中描述了具有四种组分-锆、铜、铝和镍的非晶金属的示例，为Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅。非晶金属可以通过其电阻率测量来识别，电阻率测量表明非晶金属材料虽然仍具有导电性，但其电阻率是其结晶对应物的大约十倍大。如均方根(RMS)表面粗糙度测量指示，非晶金属的表面也比晶体金属光滑。

在大约10-200nm范围内的非晶多组分金属膜(AMMF)可以用于改善电子部件(诸如电阻器、二极管和薄膜晶体管)的性能。这些AMMF可以使用标准沉积工艺来形成。上面说明的示例性非晶金属Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅是一种可以使用四种不同的金属靶材通过常规溅射沉积在衬底上形成的AMMF。因此，AMMF和氧化膜的界面处的电场更加均匀。

这种均匀性已为表现出福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿的金属-绝缘体-金属(MIM)二极管和晶体管产生了优秀的电流-电压(I-V)特性曲线。隧穿MIM二极管并入有AMMF作为下电极和晶体金属膜作为上电极。两个电极由单个介质势垒分开，该介质势垒为电荷载流子在电极之间移动提供了隧穿路径。单个介质势垒导致电流响应，该电流响应取决于所施加电压的极性。在特定电压下，装置中的电荷载流子仅沿一个方向隧穿，即单向隧穿。即，根据所施加电压的极性，从下电极到上电极或者从上电极到下电极发生隧穿。美国专利号8436337和8822978中讨论了AMMF的各种二极管和晶体管应用。

美国专利号9099230和PCT专利申请号WO2014/074360中讨论了具有优于现有薄膜非线性电阻器的性能的非晶金属薄膜非线性电阻器(AMNR)。这些AMNR的电流响应独立于所施加电压的极性，而其他薄膜电阻器则不然。这种极性独立性是由于存在两个介质势垒，其中各个势垒处的电荷载流子被迫沿基本上相反的方向隧穿。AMNR表现出双向隧穿，因为响应于所施加的电压，装置中的电荷载流子跨势垒在两个方向上隧穿。即，不管所施加电压的极性如何，从上电极到下电极和从下电极到上电极都发生隧穿。这种极性对称的AMNR可以在液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示技术和电磁传感器阵列中提供改进的信号控制。

【发明内容】

本公开致力于包括非晶金属薄膜晶体管(AMTFT)的装置和系统以及形成它们的方法。

这些AMTFT是薄的高性能装置，可以代替显示技术中的晶体管，诸如用于平板显示器中像素的控制晶体管。由于可以非常高效地制造这些装置，诸如相对于普通晶体管技术覆盖更小的覆盖区，因此这将留有大于50％的像素窗口区域供光通过。

在各个实施例中，本公开的装置包括在支撑衬底上的非晶金属薄膜晶体管(AMTFT)。支撑衬底可以是比硅或半导体衬底更划算的非导电衬底。例如，支撑衬底可以是硼硅酸铝玻璃、熔融石英或其他合适的非导电材料。