專利名稱：一種可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管，尤其是可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管及其制備 方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)是有源矩陣液晶顯示器件(AMLCD)的主導(dǎo)技術(shù)。目 前，用于有源矩陣液晶顯示器件的薄膜晶體管，在Si襯底上依次沉積有柵極層、 柵極絕緣層和溝道層，在溝道層上沉積有彼此相隔的漏極和源極，其中溝道層 主要使用非晶硅(a-Si)。然而，Si是一種間接帶隙窄禁帶半導(dǎo)體材料，在可見 光區(qū)域是不透明的，且不能彎曲，像素開口率不能達(dá)到100%;而且，Si在可見 光區(qū)域光敏性強(qiáng)，需要加掩膜層，工藝復(fù)雜，成本較高。非晶硅(oc-SO不能與 有機(jī)柔性襯底工藝兼容，制造柔軟性好、質(zhì)輕的器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管及其制備方法。 本發(fā)明的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管，在襯底上依次沉積有柵極層、 柵極絕緣層和溝道層，在溝道層上沉積有彼此相隔的漏極和源極，溝道層是 Zm.Mg^O合金半導(dǎo)體薄膜，0<x<l，柵極、源極和漏極均是Ga摻雜的n型 ZnO薄膜，柵極絕緣層是Al203，襯底是有機(jī)聚合物。
可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟
1) 稱量純的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩爾百分含量為4%，將上述粉 末球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Ga的ZnO陶 瓷耙；
2) 按化學(xué)式Zn^M^O稱量純的ZnO和MgO粉末，0<jc< 1 ，將上述粉末 球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Mg的ZnO陶瓷 靶；
3) 采用射頻磁控濺射法，以摻Ga的ZnO陶瓷靶為靶材，在有機(jī)聚合物襯 底上沉積一層n型ZnO薄膜作為柵極，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持 為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl0—spa，生長室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為 0.5 3.0Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)間為10 30min;
4) 用硅片擋住步驟3)柵極用于接電極的部分，采用射頻磁控濺射法，以
純八1203陶瓷靶為靶材，在柵極上沉積Al203薄膜作為柵極絕緣層，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl(^Pa，生長 室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為0.5 3.0 Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)伺為 30 200min;
5) 采用射頻磁控濺射法，以摻Mg的ZnO陶瓷耙為靶材，在步驟4)制得 的柵極絕緣層上沉積Zn^Mg^O薄膜作為溝道層，濺射條件耙材與襯底之間的 距離保持為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl(^Pa，生長室通入純氬氣，控 制壓強(qiáng)為0.5 3.0Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)間為8min 30min;
6) 在溝道層上放掩膜板，同步驟3)的方法，在溝道層上沉積彼此相隔的 n型ZnO薄膜作為源極和漏極。
以上所有的射頻磁控濺射沉積過程都是在室溫下進(jìn)行的。 本發(fā)明中，所說的有機(jī)聚合物可以是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸 酩(PC)、有機(jī)玻璃(PMMA)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
本發(fā)明中，所說的純ZnO、 Ga203和MgO粉末的純度為99.99%以上。 本發(fā)明中，所說的純氬氣的純度大于99.99%。 本發(fā)明的有益效果在于
OZnMgO是一種透明半導(dǎo)體光電材料，屬于直接寬帶隙。原料豐富，價(jià)格 低廉，外延生長溫度低，可以與有機(jī)柔性襯底工藝兼容，以ZnMgO為溝道層可 制造透明性好、成本低、柔軟性好、質(zhì)輕的器件。
2) 以ZnMgO為溝道層，利用ZnMgO的帶隙調(diào)節(jié)工程，可以實(shí)現(xiàn)薄膜晶 體管遷移率等性能的有效調(diào)節(jié)，從而滿足不同的性能需求。
3) ZnMgO薄膜晶體管遷移率高，開/關(guān)電流比高，閾值電壓低，器件響應(yīng) 速度快；光敏退化性小，不需要光刻技術(shù)，工藝簡單，易于實(shí)行大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參照圖l，可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管，在襯底l上依次沉積有柵極 層2、柵極絕緣層3和溝道層4，在溝道層4上沉積有彼此相隔的漏極5和源極 6，其中溝道層是2111.>1&0合金半導(dǎo)體薄膜，0<x<l，柵極、源極和漏極均是 Ga摻雜的n型ZnO薄膜，柵極絕緣層是^203，襯底是有機(jī)聚合物。 實(shí)施例1:
可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管利用磁控濺射技術(shù)制備，具體步驟如下1) 稱量純度大于99.99%的ZnO和Ga203粉末，其中Ga的摩爾百分含量為 4%。將稱量好的ZnO和Ga203粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐中，在球磨機(jī)上球 磨24個(gè)小時(shí)，目的是讓粉末混合均勻并在一定程度上細(xì)化。然后將原料分離出 來烘干，添加粘結(jié)劑研磨，壓制成型。把成型的胚體放入燒結(jié)爐中，經(jīng)低溫(400 °C)排素，使粘結(jié)劑揮發(fā)，再升溫至120(TC燒結(jié)4個(gè)小時(shí)，得到摻Ga的ZnO 陶瓷靶。
2) 按化學(xué)式Zn^M^O稱量純度大于99.99%的ZnO和MgO粉末，x=0.2，
將稱量好的ZnO和MgO粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐中，在球磨機(jī)上球磨24 個(gè)小時(shí)，目的是讓粉末混合均勻并在一定程度上細(xì)化。然后將原料分離出來烘 干，添加粘結(jié)劑研磨，壓制成型。把成型的胚體放入燒結(jié)爐中，經(jīng)低溫(40(TC) 排素，使粘結(jié)劑揮發(fā)，再升溫至120(TC燒結(jié)3個(gè)小時(shí)，得到摻Mg的ZnO陶瓷靶。
3) 將PC襯底經(jīng)過清洗后固定在樣品托盤上，放入反應(yīng)真空室。將摻Ga 的ZnO陶瓷靶裝在靶材架上，然后嵌入磁控濺射裝置的靶頭上。調(diào)節(jié)襯底和靶 材的距離為6cm，將擋板置于襯底和靶材之間。生長室真空度抽至3xl(V3Pa， 生長室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為0.5Pa，在200W的功率開始濺射，濺射時(shí)間為 20min，得到厚度約200nm的摻Ga的ZnO薄膜。
4) 用硅片擋住步驟3)柵極用于接電極的部分，然后將柵極固定在樣品托 盤上，放入反應(yīng)室。取下?lián)紾a的ZnO陶瓷靶，將純度>99.99%的A1203陶瓷靶
(購買于北京蒙泰有研技術(shù)中心)裝在靶材架上，然后嵌入磁控濺射裝置的靶 頭上。耙材與襯底之間的距離保持為6 cm，將擋板置于襯底和靶材之間。生長 室真空度抽至3xl(^Pa，生長室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為3.0Pa，在200W的功 率開始濺射，濺射時(shí)間為200min，得到厚度為200nm的A1203作為柵極絕緣層。
5) 取下A1203陶瓷靶，換上摻Mg的ZnO陶瓷靶，生長室真空度抽至3xl(T3 Pa，生長室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為l.OPa，在150W的功率開始濺射，濺射時(shí) 間為15tnin，在柵極絕緣層上沉積一層厚度為100nm的ZnMgO合金半導(dǎo)體薄膜 作為溝道層。
6) 取下?lián)組g的ZnO陶瓷靶，換上摻Ga的ZnO陶瓷靶，在溝道層上放掩 膜板，同步驟3)的方法，在溝道層上沉積彼此相隔的n型ZnO薄膜作為源極 和漏極。
所有射頻磁控濺射沉積過程均是在室溫下進(jìn)行的。其中，2111-;>1&0薄膜中 Mg含量F0.2。薄膜晶體管器件為n溝道增強(qiáng)型，場效應(yīng)遷移率15cmVVs,器件在可見光區(qū)域的透射率高于80%，器件可彎曲120。且性能保持穩(wěn)定。 實(shí)施例2:
制備步驟同實(shí)施例1，所不同的是Zn^Mg/)薄膜中Mg含量x=0.3。薄膜 晶體管器件為n溝道增強(qiáng)型，場效應(yīng)遷移率12ci^/Vs，器件在可見光區(qū)域的透 射率高于80%，器件可彎曲120。且性能保持穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管，在襯底(1)上依次沉積有柵極層(2)、柵極絕緣層(3)和溝道層(4)，在溝道層(4)上沉積有彼此相隔的漏極(5)和源極(6)，其特征在于溝道層(4)是Zn1-xMgxO合金半導(dǎo)體薄膜，0＜x＜1，柵極(2)、源極(6)和漏極(5)均是Ga摻雜的n型ZnO薄膜，柵極絕緣層(3)是Al2O3，襯底(1)是有機(jī)聚合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管，其特征在于 有機(jī)聚合物是聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酩、有機(jī)玻璃或聚萘二甲酸乙二醇 酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管的制備方法， 其特征在于包括以下步驟1) 稱量純的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩爾百分含量為4%，將上述粉 末球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Ga的ZnO陶 瓷耙；2) 按化學(xué)式Zn^Mg^O稱量純的ZnO和MgO粉末，0<x<l，將上述粉末 球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Mg的ZnO陶瓷 靶；3) 采用射頻磁控濺射法，以摻Ga的ZnO陶瓷靶為靶材，在有機(jī)聚合物襯 底上沉積一層n型ZnO薄膜作為柵極，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持 為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl(^Pa，生長室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為 0.5 3.0Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)間為10 30min;4) 用硅片擋住步驟3)柵極用于接電極的部分，采用射頻磁控濺射法，以純Al203陶瓷靶為靶材，在柵極上沉積Al203薄膜作為柵極絕緣層，濺射條件-靶材與襯底之間的距離保持為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl(^Pa，生長 室通入純氬氣，控制壓強(qiáng)為0.5 3.0 Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)間為 30 200min;5) 采用射頻磁控濺射法，以摻Mg的ZnO陶瓷靶為靶材，在步驟4)制得 的柵極絕緣層上沉積2111^^&0薄膜作為溝道層，濺射條件靶材與襯底之間的 距離保持為4 6cm，生長室真空度至少抽至3xl(^Pa，生長室通入純氬氣，控 制壓強(qiáng)為0.5 3.0Pa，濺射功率100W 300W，濺射時(shí)間為8min 30min;6) 在溝道層上放掩膜板，同步驟3)的方法，在溝道層上沉積彼此相隔的 n型ZnO薄膜作為源極和漏極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管的制備方法，其 特征在于純氬氣的純度為99.99%以上。 '
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管的制備方法，其 特征在于純的ZnO、 Ga203和MgO粉末的純度為99.99%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開的可彎曲全透明ZnMgO薄膜晶體管，以Zn_1-xMg_xO合金半導(dǎo)體薄膜，0＜x＜1為溝道層，以Ga摻雜的n型ZnO為柵極、源極和漏極，以Al₂O₃為柵極絕緣層，以聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酩、有機(jī)玻璃或聚萘二甲酸乙二醇酯有機(jī)聚合物為襯底，采用射頻磁控濺射法制備。本發(fā)明的薄膜晶體管具有光敏退化性小、遷移率高，響應(yīng)速度快、柔性可彎曲、性能穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L29/43GK101527322SQ200910097498
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 呂建國, 麗 龔 申請人:浙江大學(xué)