本發(fā)明涉及電子材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

薄膜晶體管是由沉積在襯底上的導(dǎo)電層、有源層、絕緣層等薄膜構(gòu)成，是為適應(yīng)全膜化薄膜集成電路的需要而發(fā)展起來的，它被廣泛應(yīng)用在平板顯示器、薄膜集成電路、光電圖像傳感器、薄膜存儲器和氣敏傳感器等領(lǐng)域。近十幾年以來，以氧化物為有源層的薄膜晶體管具有較高的場效應(yīng)遷移率、較小的亞閾值擺幅、較大的開關(guān)比、較好的透明性、可低溫制備以及與硅基工藝基本兼容等諸多優(yōu)點而備受關(guān)注。

目前，薄膜晶體管常用的絕緣層材料有氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等薄膜。這些絕緣薄膜的厚度在幾十納米到幾百納米范圍，通常是采用化學氣相沉積、射頻磁控濺射、原子層沉積或化學溶液等薄膜制備技術(shù)完成，該過程對技術(shù)工藝要求嚴格，大大增加了薄膜晶體管的成本。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種結(jié)構(gòu)合理、工藝簡單、原料易得、制備成本低廉的薄膜晶體管及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種薄膜晶體管，它包括分別作為源極和漏極的源漏電極層，作為柵極的導(dǎo)電薄膜層，作為有源層的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層，以及設(shè)置在所述導(dǎo)電薄膜層和所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層之間的同時充當絕緣層和襯底層的絕緣襯底層。

基于上述，所述絕緣襯底層為玻璃、塑料或紙張，且所述絕緣襯底層的厚度為10 微米～1000 微米。

基于上述，所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層的外側(cè)表面或內(nèi)部設(shè)置所述源漏電極層。

基于上述，所述源漏電極層設(shè)置在所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層的外側(cè)表面，構(gòu)成所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層夾持在所述源漏電極層和所述絕緣襯底層之間的三層夾心結(jié)構(gòu)。

基于上述，所述源漏電極層設(shè)置在所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層的內(nèi)部，且所述源漏電極層與所述絕緣襯底層接觸設(shè)置。

基于上述，作為有源層的所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層為厚度30 nm～50 nm的ZnO薄膜、InZnO薄膜、InGaZnO薄膜或ZnSnO薄膜；分別作為源極和漏極的所述源漏電極層為鋁薄膜；作為柵極的所述導(dǎo)電薄膜層為厚度50 nm～80 nm的ITO導(dǎo)電薄膜層。

本發(fā)明還提供一種制備上述薄膜晶體管的方法，它包括在絕緣襯底層一側(cè)制備導(dǎo)電薄膜層作為柵電極；在所述絕緣襯底層的另一側(cè)分別制備作為有源層的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層和作為源極和漏極的源漏電極層。

基于上述，所述薄膜晶體管的制備方法具體包括以下步驟：

在低壓高純氬氣條件下，利用射頻磁控濺射法在所述絕緣襯底層一側(cè)表面制備厚度為50 nm～80 nm的所述導(dǎo)電薄膜層作為柵電極；

分別利用脈沖激光沉積法和熱蒸發(fā)鍍膜法在所述絕緣襯底層的另一側(cè)表面制備厚度為30 nm～50 nm的作為有源層的所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層和厚度為30 nm～40 nm的作為源極和漏極的所述源漏電極層。

基于上述，在所述絕緣襯底層的另一側(cè)分別制備作為有源層的所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層和作為源極和漏極的所述源漏電極的步驟包括：

首先利用脈沖激光沉積法在所述絕緣襯底層的另一側(cè)表面制備所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層作為有源層，然后利用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層表面制備所述源漏電極層作為源極和漏極，從而使得所述源漏電極層設(shè)置在所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層的外側(cè)表面，構(gòu)成所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層夾持在所述源漏電極層和所述絕緣襯底層之間的三層夾心結(jié)構(gòu)。

基于上述，在所述絕緣襯底層的另一側(cè)分別制備作為有源層的所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層和作為源極和漏極的所述源漏電極的步驟包括：

首先利用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述絕緣襯底層的另一側(cè)表面制備所述源漏電極層作為源極和漏極；然后利用脈沖激光沉積法在蒸鍍有所述源漏電極層的所述絕緣襯底層一側(cè)表面制備所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層作為有源層，從而使得所述源漏電極層設(shè)置在所述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層的內(nèi)部，且所述源漏電極層與所述絕緣襯底層接觸設(shè)置。

本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步，具體的說，本發(fā)明采用玻璃、塑料或紙張作為薄膜晶體管的絕緣襯底材料，所述絕緣襯底層同時起到了襯底和絕緣薄膜的作用，大大簡化了薄膜晶體管的制備工藝，降低了技術(shù)成本。本發(fā)明還提供制備所述薄膜晶體管的方法，該方法工藝簡單、成本低廉，在大面積電子電路中有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例1制備的薄膜晶體管輸出特性曲線圖。

圖3為實施例1制備的薄膜晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線圖。

圖4為本發(fā)明實施例2中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、絕緣襯底層；2、ITO導(dǎo)電薄膜層；3、金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜層；4、源漏電極層。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

實施例1

本實施例提供一種薄膜晶體管的制備方法，采用厚度為50微米的PET塑料為絕緣襯底層，該方法具體包括以下步驟：

（1）將PET絕緣襯底層清洗干凈并將其放置到磁控濺射生長室內(nèi)，在氣體壓力為5 Pa的低壓高純氬氣條件下，利用射頻磁控濺射法在所述PET絕緣襯底層一側(cè)上制備厚度為60 nm的ITO導(dǎo)電薄膜層作為柵電極，其中，控制濺射功率為100 W。

（2）在氣體壓力為10 Pa的低壓純氧環(huán)境下，利用脈沖激光能量為100 mJ、脈沖激光頻率為5 Hz的脈沖激光轟擊高純InGaZnO陶瓷靶材，產(chǎn)生的等離子羽輝沉積在所述PET絕緣襯底層另一側(cè)上，形成厚度為35 nm的InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層作為有源層薄膜。

（3）將帶有源漏電極圖形的金屬掩膜固定在作為有源層的所述InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層表面，并將其固定在熱蒸發(fā)鍍膜室，在真空壓力小于1×10^-4 Pa條件下，利用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層表面制備厚度為35 nm的鋁薄膜作為晶體管源、漏電極層，其中，控制熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)的蒸發(fā)電流為53 A。

本實施例還提供一種由上述制備方法制得的薄膜晶體管，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括ITO導(dǎo)電薄膜層、InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層，以及設(shè)置在所述ITO導(dǎo)電薄膜層和所述InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層之間的PET絕緣襯底層，在所述InGaZnO半導(dǎo)體薄膜層的外側(cè)表面還設(shè)置有分別作為源漏電極的鋁薄膜層。

實驗驗證

用半導(dǎo)體特性測試儀測試了由本實施例所述的制備方法制得的InGaZnO薄膜晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性，結(jié)果分別如圖2和圖3所示。其中，圖2中橫坐標漏電壓和縱坐標漏電流分別指的是所述薄膜晶體管的源極和漏極之間的電壓和電流，圖3中觸發(fā)電壓是指晶體管柵極和源極之間的電壓值。由圖中可以看出器件工作在n溝道增強模式，有明顯的場控電流效果。由于器件以塑料襯底為絕緣層，其厚度比傳統(tǒng)的絕緣層薄膜還是大很多，導(dǎo)致有較高的驅(qū)動電壓。本發(fā)明薄膜晶體管大大簡化了制造工藝、在低成本大面積電子電路場合有廣闊的應(yīng)用前景。

實施例2

本實施例提供一種薄膜晶體管的制備方法，采用厚度為50微米的玻璃為絕緣襯底層，具體步制備驟與實施例1中的大致相同，不同之處在于：

在所述絕緣襯底層的另一側(cè)表面制備所述金屬氧化物半導(dǎo)體層薄膜層和所述源漏電極的步驟包括：

首先將帶有源漏電極圖形的金屬掩膜固定在所述玻璃絕緣襯底層表面，并將其固定在熱蒸發(fā)鍍膜室，在真空壓力小于1×10^-4 Pa條件下，利用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述玻璃絕緣襯底層另一側(cè)表面制備厚度為35 nm的鋁薄膜作為晶體管源、漏電極層，其中，控制熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)的蒸發(fā)電流為53 A。

然后在氣體壓力為5 Pa～10 Pa的低壓純氧環(huán)境下，利用脈沖激光能量為100 mJ、脈沖激光頻率為5 Hz的脈沖激光轟擊高純InZnO陶瓷靶材，產(chǎn)生的等離子羽輝沉積在帶有所述源漏電極層的所述玻璃絕緣襯底層一側(cè)的表面，形成厚度為35 nm的InZnO半導(dǎo)體薄膜層作為有源層。

本實施例還提供一種由上述制備方法制得的薄膜晶體管，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括ITO導(dǎo)電薄膜、InZnO半導(dǎo)體薄膜層，以及設(shè)置在所述ITO導(dǎo)電薄膜和所述InZnO半導(dǎo)體薄膜層之間的所述玻璃絕緣襯底層，在所述玻璃絕緣襯底層與所述InZnO半導(dǎo)體薄膜層之間還設(shè)置有作為源漏電極的鋁薄膜層。

實施例3

本實施例提供一種薄膜晶體管的制備方法，采用厚度為75微米的紙張做為絕緣襯底，具體制備步驟與實施例1中的大致相同，不同之處在于：

所述絕緣襯底層的另一側(cè)表面制備所述金屬氧化物半導(dǎo)體層薄膜時，本實施例采用ZnO薄膜作為所述金屬氧化物半導(dǎo)體層薄膜層。

本實施例提供的一種由上述制備方法制備的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)同實施例1中的結(jié)構(gòu)。

最后應(yīng)當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。