[发明专利]一种类岛状电子传输的薄膜晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种类岛状电子传输的薄膜晶体管及制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)，是一种用途广泛的半导体器件，其最重要的用途是在显示器中用于驱动液晶排列变化、以及驱动OLED像素发光。

薄膜晶体管通过栅极电压来控制有源层半导体的载流子，从而实现器件的开或关态。当器件处于开态时，高的载流子浓度，有利于填充陷阱态，从而实现高的迁移率。然而，当器件处于关态时，关态电流主要来自：有源层电流和绝缘层漏电流。其中，有源层电流与载流子的浓度成正比。作为有源层材料，过高的载流子浓度会导致关态电流太高，TFT甚至处于一个“always-on”态，无法正常工作。

透明导电氧化物(简称，TCO)薄膜具有非常好的透明度和热稳定性，是非常重要电子器件材料。然而，TCO具有非常高的载流子浓度，难以直接用于有源层。为了解决这个问题，目前主流的方法是，通过重掺杂抑制载流子的元素，来有效的控制载流子浓度。例如，掺杂超过5wt.％Al₂O₃的ZnO。这种方式会增加填隙Al离子，极大的增强杂质离子散射，降低迁移率。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种类岛状电子传输的薄膜晶体管。

本发明的另一目的在于提供上述类岛状电子传输的薄膜晶体管的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种类岛状电子传输的薄膜晶体管，由衬底上依次设置的栅极、栅极绝缘层、有源层和源漏电极构成；所述有源层为非连续的类岛状TCO薄膜和低载流子浓度材料薄膜组成的叠层结构，其中低载流子浓度材料薄膜连接相邻两个类岛状TCO薄膜，形成一个导电通道。

上述有源层中，类岛状TCO薄膜主要起到载流子施主的作用，而低载流子浓度材料薄膜主要起到连接相邻两个岛状，形成一个导电通道。所述的类岛状TCO薄膜的材料为具有高导电性能并且在生长初期以岛状生长为主的TCO材料，而所述低载流子浓度材料为具有低载流子的半导体或者绝缘体。

优选地，所述类岛状TCO薄膜的材料为氧化锌(ZnO)或掺杂氧化锌、氧化铟(In₂O₃)或掺杂氧化铟；所述掺杂氧化锌优选掺铝氧化锌(AZO)，所述掺杂氧化铟优选掺锡氧化铟(ITO)。

优选地，所述低载流子浓度材料为Al₂O₃、Ga₂O₃或HfO₂。

上述类岛状电子传输的薄膜晶体管的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)室温下在衬底上用直流磁控溅射沉积栅极；

(2)通过阳极氧化将栅极表面氧化，得到栅极绝缘层；

(3)室温下通过脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)的方法在栅极绝缘层上表面依次溅射非连续的类岛状TCO薄膜和低载流子浓度材料薄膜，得到有源层；

例如，可采用脉冲激光生长类岛状AZO薄膜和低载流子浓度Al₂O₃薄膜形成AZO/Al₂O₃有源层：先在栅极绝缘层上表面生长一层岛状的AZO薄膜。值得注意的是，AZO薄膜要控制好厚度，避免形成连续薄膜。在激光能量为305mJ，频率为5Hz，氧压为10mtorr的工艺参数中，AZO的脉冲数不超过600，获得的厚度小于6nm，能够获得很好的类岛状形貌AZO；对于不同工艺参数，脉冲数应当适当调整以获得一个类岛状薄膜。然后沉积连续的低载流子浓度Al₂O₃薄膜，其工艺参数可参考AZO，厚度应该尽可能薄，以避免影响接触特性。

(4)室温下用蒸镀方式沉积源漏电极。源漏电极应覆盖在有源层边界，避免低载流子浓度材料薄膜影响接触特性。

上述制备方法中，所述有源层通过脉冲激光沉积方式在室温制备而成，且后期不需要退火处理。

优选地，步骤(3)中所述脉冲激光沉积的条件为：本底真空度为9×10^-7Torr，采用KrF准分子激光并在波长为248nm、频率为5Hz的条件下制备。