[发明专利]一种金属氧化物半导体薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于电子器件领域，具体涉及一种采用激光退火的工艺得到的金属氧化物薄膜，及其在TFT中和OLED器件中的应用。

背景技术

有机发光器件（英文全称为organic lighting emitting display，简称OLED）具有主动发光、色域宽、响应快、视角广、对比度高、平面化等优点，是下一代显示与照明技术的发展趋势。

OLED显示器件按照驱动方式可以分为无源矩阵OLED（PMOLED）与有源矩阵OLED（AMOLED）；PMOLED采用扫描的方式，具有瞬间产生高亮度、消耗的电力多、寿命短、显示组件较易劣化、不适合大画面高分辨率发光等缺点，但是由于PMOLED的面板设计时程较短、制程简单，小尺寸或低分辨率的OLED产品多采用被动技术；然而，当PMOLED应用于大尺寸或高分辨率的OLED产品时，会因为高功耗、低寿命等问题受到限制，此时就需要AMOLED。AMOLED采用独立的薄膜晶体管（英文全称为thin film transistor，简称为TFT）去控制每个像素，每个像素皆可以连续且独立的驱动发光，优点是驱动电压低，面板尺寸可做大，发光元件寿命长。目前普遍薄膜晶体管（TFT）非晶硅和多晶硅的居多，但考虑到OLED是电流驱动元件，需要TFT能保证恒定电流特性从而稳定控制OLED。非晶硅TFT不能满足恒定电流偏置条件，而多晶硅TFT工艺控制较难得到一致的特性，氧化物半导体薄膜制作的晶体管能满足电流特性要求，其工艺制作方案也在开发中，其在OLED的驱动应用上得到了重视和广泛关注。

相比于传统的非晶硅材料以及有机半导体材料，氧化物半导体材料，因其较高的载流子迁移率、透明性、热稳定性、环境稳定性、原料易得、制备成本低等优点；相比多晶硅来说均匀性更好，而且制备氧化物半导体TFT器件所需要的工艺温度更低。因此，主动发光显示器件包括薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）和有机发光显示器（OLED）甚至柔性有机发光显示器（OLED）都可以采用金属氧化物作为其半导体材料。近10年来，基于氧化物半导体材料的薄膜晶体管相关研究取得了非常大的技术进步，部分性质优异的氧化物半导体材料，如氧化铟镓锌（IGZO），已经在实际生产中得到广泛的应用。因其较高的载流子迁移率和稳定性，采用IGZO等氧化物半导体制备的薄膜晶体管作为驱动装置已经实现了对有源显示设备（如有源矩阵有机发光二极管面板，AMOLED）的驱动，部分替代了基于硅半导体材料的晶体管驱动。在AMOLED中，采用透明氧化物半导体薄膜晶体管作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗和减小工艺复杂性。

基于日本著名学者H.Hosono的理论，氧化物半导体中金属离子的ns轨道成球状对称结构，不受限于空间排列，可以实现较大程度上的原子轨道交叠，为载流子的有效传输提供了通道。这种电子结构，十分有利于n型载流子的传输。这同时也提供了氧化物半导体材料可作为有源层应用于n型薄膜晶体管的理论依据。

目前在薄膜晶体管中应用的金属氧化物薄膜大多需要依托真空技术来制备，最常见的制备方法为射频磁控溅射法。这种需要大型真空设备的制备方法大大的增加了氧化物薄膜制备的成本，增加了大尺寸制备电子器件以及显示设备的难度和可行性，增加了相关生产制备的能耗。而近十年中新兴起的采用溶液方法制备氧化物薄膜的技术可以克服以上缺点。目前，较为成熟的溶液法工艺包括旋转涂布，喷墨打印，热喷涂分解，浸渍提拉等类别。为了提高金属氧化物的半导体性能，传统的方式是使用高温退火炉中进行退火，退火温度大约在300-400℃，退火时间通常在0.5-2h。退火的过程中，退火炉氛围中的氧进入到金属氧化物薄膜内部，与缺氧键结合。从而提高金属氧化物薄膜的半导体性能。但是传统退火方式需要的工艺时间比较长，而且退火的效果不佳。