專利名稱：一種ZnO薄膜晶體管的修飾及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管，尤其涉及一種ZnO薄膜晶體管的修飾及制備方法。
背景技術(shù)：
由于具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，近年來薄膜晶體管引起人們極大的研究興趣，它可以廣泛用于諸如柔性顯示和透明有源矩陣顯示的顯示器領(lǐng)域。目前，場(chǎng)效應(yīng)晶體管中有源層的制備方法很多，包括磁控濺射法，脈沖激光沉積法和化學(xué)氣相沉積法等，其中磁控濺射法能夠很好的與傳統(tǒng)的非晶Si薄膜晶體管的制備工藝相兼容，是這些方法中最廣泛使用的。然而，對(duì)于室溫下沉積的ZnO有源層，由于氧填隙原子和晶界的存在，往往呈現(xiàn)出絕緣特性。為了進(jìn)一步提高ZnO有源層電學(xué)特性，高溫退火或提高基底的沉積溫度
600°C )通常是必需的。然而高溫過程不僅會(huì)造成能源的浪費(fèi)，而且不適于用在一些柔性塑料基底上，因?yàn)檫@些柔性基底具有低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(通常小于100°C )。2009年臺(tái)灣的研究小組披露了一種采用(X)2超臨界流方法來提高ZnO薄膜晶體管性能的方法，其能夠把處于絕緣狀態(tài)的ZnO薄膜晶體管的遷移率提高到2. 6X 10_2cm2/Vs。但該方法的缺陷在于，制備溫度仍然較高，實(shí)驗(yàn)需要在150°C下進(jìn)行，且需要的超臨界流設(shè)備復(fù)雜，昂貴。因此，迫切需要一種能夠在低溫下實(shí)現(xiàn)提高ZnO薄膜晶體管的電學(xué)性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠在低溫下改善ZnO有源層電學(xué)特性的ZnO薄膜晶體管的修飾方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于上述修飾方法的ZnO薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種ZnO薄膜晶體管的修飾方法，包括以下步驟1)配制SiO前驅(qū)體溶液；2)把所述SiO薄膜晶體管懸浮于該溶液中，再放入烘箱中反應(yīng)，以在所述SiO薄膜上生長(zhǎng)一層ZnO修飾層，其中所述烘箱中的反應(yīng)溫度為75°C 90°C。在上述修飾方法中，所述反應(yīng)溫度為80°C 85°C。在上述修飾方法中，所述ZnO前軀體溶液由六水合硝酸鋅和六次甲基四胺配制而成，其中六水合硝酸鋅的摩爾濃度為IOmM lOOmM，六次甲基四胺濃度為IOmM IOOmM。在上述修飾方法中，所述六水合硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾濃度比為 1 1 至 1. 5 1。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制備ZnO薄膜晶體管的方法，包括以下步驟1)在襯底上依次制備柵電極、介電層、ZnO薄膜；2)在ZnO薄膜上制備源漏電極；和3)采用權(quán)利要求1所述的修飾方法對(duì)步驟幻所得薄膜晶體管進(jìn)行修飾，以在所述ZnO薄膜上生長(zhǎng)ZnO修飾層。在上述制備方法中，所述步驟3)包括先配制ZnO前驅(qū)體溶液，然后把步驟2)的晶體管懸浮于該溶液中，放入烘箱中反應(yīng)，其中所述烘箱中的反應(yīng)溫度為75°C 90°C。在上述制備方法中，所述ZnO前軀體溶液的溶質(zhì)為六水合硝酸鋅和六次甲基四胺，其中六水合硝酸鋅的濃度為IOmM lOOmM，六次甲基四胺濃度為IOmM IOOmM。在上述制備方法中，所述六水合硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾濃度比為 1 1 至 1. 5 1。在上述修飾方法中，所述反應(yīng)溫度為80°C 85°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在本發(fā)明中采用的濕化學(xué)修飾方法來提高ZnO薄膜晶體管的性能，具有反應(yīng)溫度低(不超過100°c)，反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，成本低，便于推廣和工業(yè)化生產(chǎn)。此種方法還可以應(yīng)用于基于CdS，CdSe，ZnS，ZMe and CdTe.的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制備的ZnO薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ZnO薄膜在修飾前的形貌圖；圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例及另一個(gè)實(shí)施例的ZnO薄膜在修飾后的形貌圖；圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的ZnO薄膜晶體管在修飾前及不同修飾條件后的輸出特性曲線；圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的ZnO薄膜晶體管在修飾前和不同的修飾條件后的轉(zhuǎn)移特性曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種低溫獲得ZnO場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，利用濕化學(xué)方法對(duì)ZnO有源層進(jìn)行修飾，其原理是(1)修飾后ZnO薄膜晶粒會(huì)長(zhǎng)大，晶界減少( 修飾后ZnO薄膜上會(huì)長(zhǎng)出一些單晶的納米結(jié)構(gòu)，這些納米結(jié)構(gòu)的單晶之間相互交叉和連接，會(huì)提供一些新的載流子通道。這些新的通道會(huì)增加輸出電流，提高載流子的遷移速率。以下參照具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的目的，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。[實(shí)施例1]根據(jù)本發(fā)明，提供一種制備ZnO薄膜晶體管的方法，包括步驟1)參考圖1，首先在襯底上制備柵電極，本實(shí)施例中采用η型重?fù)诫s硅片作為襯底同時(shí)作為柵極；表面熱氧化的S^2作為介電層，厚度約為350nm ；室溫下利用磁控濺射沉積的ZnO薄膜約40nm厚；步驟2)在ZnO層上制備源漏電極，其中源漏電極采用的材料可以是Al電極、h 電極或Ti/Au電極、Ga/Pt電極；步驟3)把步驟2)制備好源漏電極的晶體管器件進(jìn)行濕化學(xué)修飾，即將器件懸浮于ZnO前驅(qū)體溶液中，置于干燥箱中，生長(zhǎng)條件為六水合硝酸鋅和六次甲基四胺，摩爾濃度比為IOOmM 10mM，生長(zhǎng)溫度為75°C，時(shí)間為12小時(shí)，形成圖1所示的ZnO修飾層。[實(shí)施例2]按照實(shí)施例1的方法制備實(shí)施例2的ZnO薄膜晶體管，所不同的是，在步驟3)的 ZnO前軀體溶液中，溶質(zhì)為摩爾濃度比為25mM 25mM的六水合硝酸鋅和六次甲基四胺，并且在干燥箱中的生長(zhǎng)溫度為80°C、時(shí)間為3小時(shí)。圖2為ZnO薄膜在修飾前的形貌圖，圖3a和圖北分別為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的ZnO薄膜在修飾后的形貌圖。從圖3a可以看出，實(shí)施例1后的ZnO薄膜晶粒明顯增大，由幾十納米增加到200nm-400nm，這種增加的晶粒尺寸會(huì)減少載流子在輸運(yùn)過程中受到的散射和陷阱捕獲。對(duì)于實(shí)施例2得到的SiO薄膜(圖北)，晶粒同樣明顯增大，由幾十納米增加到100nm-200nm，同時(shí)觀察到不同于實(shí)施例1后的形貌，納米棒之間的相互交叉和連接。這些相互交叉和連接會(huì)提供一些新的載流子通道。增加輸出電流，提高載流子的遷移速率。圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的ZnO薄膜晶體管在修飾前及不同修飾條件后的輸出特性曲線。其中，曲線a為修飾前的ZnO薄膜晶體管的電學(xué)曲線，曲線b為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 1的方法修飾后ZnO薄膜晶體管的電學(xué)曲線，曲線c為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的方法修飾后 ZnO薄膜晶體管的電學(xué)曲線。從圖4可以看出，進(jìn)行濕法化學(xué)修飾后，ZnO有源層由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體狀態(tài)，電學(xué)性能有了明顯提高。源漏之間的電流由1X10_"A提高到1X10_5A。 結(jié)合圖2、圖3a及圖北可以得出，不同修飾條件下得到的ZnO薄膜形貌的差異將影響晶體管的性能。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的ZnO薄膜晶體管在修飾前和不同的修飾條件后的轉(zhuǎn)移特性曲線。曲線3至C所表示的對(duì)象和圖4相同。從圖5可以看出，進(jìn)行濕法化學(xué)修飾后， ZnO薄膜晶體管具有了明顯的場(chǎng)效應(yīng)特征，柵壓能夠很好的調(diào)節(jié)源漏之間的電壓。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的方法所制備的ZnO晶體管的遷移率為l(T5Cm2/VS ；而根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的方法所制備的SiO晶體管的遷移率則為I0_3cm7vs。這比修飾前的SiO晶體管無電流響應(yīng)的結(jié)果相比，有明顯提高。[實(shí)施例3 5]:按照實(shí)施例1的方法制備實(shí)施例3 5，其中步驟3)在的以下工藝條件為與實(shí)施例1的區(qū)別之處，見表1。表1本發(fā)明各實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)工藝條件參數(shù)ZnO前軀體溶液中六水反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)溫度合硝酸鋅和六次甲基四(小時(shí))(0C )實(shí)施例胺的摩爾濃度比1IOOmM: IOmM1275225mM: 25mM380375mM: 50mM585450mM: 75mM8905IOmM: IOOmM1090對(duì)以上實(shí)施例3至5所獲得的ZnO薄膜晶體管的遷移率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果分別為 2X l(T4cm2/Vs、8X l(T5cm2/Vs、6X l(T5cm2/Vs，比修飾前也有所提高。在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，濕法化學(xué)方法所采用的ZnO前軀體溶液可以是除六水合硝酸鋅和六次甲基四胺外的溶質(zhì)配制而成的，這樣可以在ZnO薄膜晶體管的ZnO薄膜上以低溫生長(zhǎng)一層ZnO修飾層，使ZnO晶粒長(zhǎng)大，從而提高載流子的輸運(yùn)。在烘箱中提供適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度，可以促進(jìn)ZnO晶粒進(jìn)一步生長(zhǎng)，因此該反應(yīng)溫度優(yōu)選在75°C 90°C之間，更優(yōu)選在80°C 85°C之間，反應(yīng)時(shí)間一般在3小時(shí)至12小時(shí)之間，優(yōu)選3小時(shí)至5小時(shí)。六水合硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾濃度比可以為(IOmM IOOmM) (IOmM IOOmM)，但優(yōu)選的摩爾濃度比為1 1至1.5 1，以獲得更佳的晶體管遷移率(如實(shí)施例2和3)。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上實(shí)施例中的襯底、柵電極及介質(zhì)層僅為示意性的，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述襯底除了硅片還可以是ITO(氧化銦錫)玻璃片、 PS(聚苯乙烯)柔性片、PI (聚酰亞胺)柔性片、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等柔性襯底； 柵電極除了硼B(yǎng)、氮P摻雜的硅片，還可以采用Au、Pt、AgUn等金屬；介電層可以為普通的 SiO2介電層，A1203、HfO2和BZT等高介電常數(shù)的無機(jī)氧化物介電層，也可以是PS (聚苯乙烯)、PI (聚酰亞胺)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等有機(jī)聚合物介電層。另外，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述柵電極和介電層可以根據(jù)所用材料確定合適的厚度。本發(fā)明中的各層薄膜一般采用物理沉積方法來制備，例如電子束蒸發(fā)、磁控濺射等。綜上所述，采用本發(fā)明的修飾方法，使得ZnO薄膜晶體管具有了場(chǎng)效應(yīng)特性，展示出很好的η型場(chǎng)效應(yīng)特性，這種性能的提高得益于修飾后ZnO薄膜形貌的改善以及晶粒的長(zhǎng)大，由于載流子輸運(yùn)過程中受到的阻礙減少，從而增加了輸出電流和遷移率。盡管參照上述的實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明作出具體描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，應(yīng)該理解可以在不脫離本發(fā)明的精神以及范圍之內(nèi)基于本發(fā)明公開的內(nèi)容進(jìn)行修改或改進(jìn)，這些修改和改進(jìn)都在本發(fā)明的精神以及范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種ZnO薄膜晶體管的修飾方法，包括以下步驟1)配制ZnO前驅(qū)體溶液；2)把所述SiO薄膜晶體管懸浮于該溶液中，再放入烘箱中反應(yīng)，以在所述SiO薄膜上生長(zhǎng)一層ZnO修飾層，其中所述烘箱中的反應(yīng)溫度為75°C 90°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為80°C 85°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的方法，其特征在于，所述SiO前軀體溶液由六水合硝酸鋅和六次甲基四胺配制而成，其中六水合硝酸鋅的摩爾濃度為IOmM lOOmM，六次甲基四胺濃度為 IOmM lOOmM。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述六水合硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾濃度比為1 1至1.5 1。
5.一種制備ZnO薄膜晶體管的方法，包括以下步驟1)在襯底上依次制備柵電極、介電層、ZnO薄膜；2)在ZnO薄膜上制備源漏電極；和3)采用權(quán)利要求1所述的修飾方法對(duì)步驟幻所得薄膜晶體管進(jìn)行修飾，以在所述SiO 薄膜上生長(zhǎng)ZnO修飾層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟幻包括先配制ZnO前驅(qū)體溶液，然后把步驟幻的晶體管懸浮于該溶液中，放入烘箱中反應(yīng)，其中所述烘箱中的反應(yīng)溫度為75°C 90°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述ZnO前軀體溶液的溶質(zhì)為六水合硝酸鋅和六次甲基四胺，其中六水合硝酸鋅的濃度為IOmM lOOmM，六次甲基四胺濃度為 IOmM lOOmM。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述六水合硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾濃度比為1 1至1.5 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為80°C 85°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種ZnO薄膜晶體管的修飾及制備方法。該修飾方法，包括以下步驟1)配制ZnO前驅(qū)體溶液；2)把所述ZnO薄膜晶體管懸浮于該溶液中，再放入烘箱中反應(yīng)，以在所述ZnO薄膜上生長(zhǎng)一層ZnO修飾層，其中所述烘箱中的反應(yīng)溫度為75℃～90℃。該修飾方法不僅增加了ZnO薄膜晶體管輸出電流和遷移率，而且制備過程簡(jiǎn)單、無需高溫、可控性好，適合于基于柔性襯底的器件制備，為開發(fā)大面積柔性平板顯示提供了一種新的途徑。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102339756SQ20101023883
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者于愛芳, 唐浩穎, 李宏宇, 江鵬, 郜展 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心