本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體膜的濺射靶及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，平板顯示技術(shù)正向著更高分辨率、更快響應(yīng)速度、更低能耗、全透明器件以及柔性顯示等目標(biāo)發(fā)展，這也對有源驅(qū)動顯示（如AMLCD，ActiveMatrixLiquidCrystalDisplay）中TFT（thinfilmtransistor）器件的性能提出更高要求。傳統(tǒng)的非晶硅TFT由于其遷移率較低（~0.5cm2V-1s-1）的特性不能滿足高分辨率、大尺寸LCD的顯示要求，更限制其在AMOLED（ActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode）顯示中的應(yīng)用。而低溫多晶硅TFT雖然遷移率較高，但是其生產(chǎn)成本過高，大面積均勻性較難保證，不適合應(yīng)用于大面積、高分辨顯示器。相較于非晶硅TFT和低溫多晶硅TFT，基于非晶氧化物半導(dǎo)體InGaZnO4的薄膜晶體管（IGZO-TFT）以其透過率高、制備溫度低、工藝兼容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠替代非晶硅TFT，并且有望用于透明顯示以及OLED顯示。然而，IGZO-TFT器件遷移率在非晶硅TFT和低溫多晶硅TFT之間，若能進(jìn)一步提高IGZO-TFT的器件遷移率，其優(yōu)勢將更明顯。研究發(fā)現(xiàn)，二元氧化物氧化銦鋅（IZO）的遷移率遠(yuǎn)大于三元氧化物IGZO，但由于其載流子濃度過高，且在使用中易受光照及柵壓等影響導(dǎo)致性能參數(shù)發(fā)生變化，即穩(wěn)定性差，因此不適合制備TFT器件。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，確有必要提供一能夠用于制備遷移率較高且穩(wěn)定性較好的氧化物半導(dǎo)體膜的濺射靶及其制備方法。一種濺射靶，含有化合物In2CexZnO4+2x，其中x=0.5~2。一種濺射靶，該濺射靶由In2O3、CeO2及ZnO混合后燒結(jié)形成，該In2O3、CeO2及ZnO的摩爾比為1:(0.5~2):1。一種濺射靶的制備方法，包括將In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末均勻混合形成一混合體，該混合體中In:Ce:Zn的摩爾比為2:(0.5~2):1；以及將該混合體在1250°C~1650°C進(jìn)行燒結(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，三元氧化物ICZO中鈰（Ce）元素的加入不僅能降低載流子濃度，同時還能保證高遷移率，從而具有較好的半導(dǎo)體性能，適合用于制備薄膜晶體管，用于平板顯示器或其它電子設(shè)備中。另外，由于In、Ce及Zn均可在室溫進(jìn)行濺射，該濺射形成半導(dǎo)體膜的過程可以在室溫進(jìn)行，從而簡化了生產(chǎn)工藝。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2-1氧化物半導(dǎo)體薄膜的XRD圖譜。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2-1氧化物半導(dǎo)體薄膜的電學(xué)性能隨濺射氧氣流量的變化數(shù)據(jù)圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2-1氧化物半導(dǎo)體薄膜的掃描電鏡照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2-2氧化物半導(dǎo)體薄膜的電學(xué)性能隨濺射氧氣流量的變化數(shù)據(jù)圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例2-2氧化物半導(dǎo)體薄膜的掃描電鏡照片。圖7為本發(fā)明實(shí)施例2-3氧化物半導(dǎo)體薄膜的電學(xué)性能隨濺射氧氣流量的變化數(shù)據(jù)圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例2-3氧化物半導(dǎo)體薄膜的掃描電鏡照片。主要元件符號說明薄膜晶體管10絕緣基底110柵極120絕緣層130半導(dǎo)體層140源極151漏極152如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的氧化物半導(dǎo)體膜的濺射靶及其制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例提供一種濺射靶，由氧化銦(In2O3)、氧化鈰(CeO2)及氧化鋅(ZnO)混合后燒結(jié)形成，該濺射靶中含有化合物In2CexZnO4+2x，其中x=0.5~2。優(yōu)選地，該化合物In2CexZnO4+2x為晶態(tài)。該濺射靶中可以含有非晶態(tài)的In、Ce及Zn的氧化物，優(yōu)選地，晶態(tài)In2CexZnO4+2x在該濺射靶中的含量為80%以上。在一實(shí)施例中，該濺射靶僅含有由In2O3、CeO2及ZnO氧化物混合后燒結(jié)形成的物質(zhì)及微量雜質(zhì)，該雜質(zhì)的含量優(yōu)選為小于10ppm。在另一實(shí)施例中，該濺射靶僅含有晶態(tài)In2CexZnO4+2x及微量雜質(zhì)，該雜質(zhì)的含量優(yōu)選為小于10ppm。在一實(shí)施例中，該濺射靶由In2O3、CeO2及ZnO混合后燒結(jié)形成的燒結(jié)物經(jīng)過機(jī)械加工成型得到。該濺射靶的相對密度優(yōu)選大于或等于90%，該相對密度=濺射靶實(shí)際密度:In2CexZnO4+2x理論密度×100%。該濺射靶的體電阻優(yōu)選為10-2Ωcm~10Ωcm。該濺射靶表面的粗糙度優(yōu)選小于或等于2微米，更優(yōu)選為小于或等于0.5微米。該濺射靶的平均抗彎強(qiáng)度優(yōu)選為大于或等于50MPa，更優(yōu)選為大于或等于55MPa。本發(fā)明實(shí)施例提供一種濺射靶的制備方法，包括：將In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末均勻混合形成一混合體，該混合體中In:Ce:Zn的摩爾比為2:(0.5~2):1；以及將該混合體在1250°C~1650°C進(jìn)行燒結(jié)。在該混合體中，該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末的粒徑優(yōu)選為小于或等于10微米，更優(yōu)選為0.5微米~2微米。該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末的純度優(yōu)選為3N(質(zhì)量百分比99.9%)~5N(質(zhì)量百分比99.999%)。該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=2:(1~4):2。該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末可以在空氣或保護(hù)氣體（如Ar氣或N2氣）中進(jìn)行混合，該混合步驟可進(jìn)一步包括：將該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末在液態(tài)介質(zhì)中進(jìn)行球磨；及將球磨后的混合物烘干去除該液態(tài)介質(zhì)。該液態(tài)介質(zhì)為不與原料In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末發(fā)生反應(yīng)，且通過之后的烘干步驟可以去除，不向混合物中引入其它雜質(zhì)。該液態(tài)介質(zhì)例如可以是水、乙醇及丙酮中的至少一種。該球磨是在球磨機(jī)中進(jìn)行，該液態(tài)介質(zhì)與該原料In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末置入該球磨機(jī)中。該球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為100rpm~600rpm。在球磨的過程中，一方面可以將該In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末充分混合均勻，另一方面可以將粉末的粒徑細(xì)化，得到所需粒徑的原料粉末。該球磨時間以混合均勻并且原料粒度達(dá)到要求為準(zhǔn)。該烘干的溫度優(yōu)選為30°C~60°C，該烘干步驟可以在空氣或保護(hù)氣體（如Ar氣或N2氣）中進(jìn)行，優(yōu)選為在高純(3N~5N)保護(hù)氣體中進(jìn)行烘干。該燒結(jié)的步驟可以是將該混合體進(jìn)行熱壓燒結(jié)（非等靜壓）、常壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)。該熱壓燒結(jié)的壓力可以為30MPa~100MPa，燒結(jié)時間可以為1小時~24小時。該熱等靜壓燒結(jié)的壓力可以為100MPa~300MPa，燒結(jié)時間可以為1小時~40小時。該常壓燒結(jié)的燒結(jié)時間可以為1小時~40小時。該燒結(jié)過程在保護(hù)氣體中進(jìn)行，該保護(hù)氣體可以為Ar氣或N2氣，優(yōu)選為純度為3N~5N的Ar氣或N2氣。當(dāng)燒結(jié)過程中同時施加壓力時，該混合體可以在燒結(jié)過程中成型，以形成預(yù)定形狀的濺射靶，適于后續(xù)濺射使用。具體可以是將該燒結(jié)體放入具有預(yù)定形狀的模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)或等靜壓燒結(jié)。當(dāng)該燒結(jié)為常壓燒結(jié)時，該混合體可以在燒結(jié)前先進(jìn)行成型，以形成預(yù)定形狀的濺射靶，適于后續(xù)濺射使用。具體可以是將該燒結(jié)體放入具有預(yù)定形狀的模具中進(jìn)行壓制。該壓制所用的壓力可以為30MPa~300MPa。另外，當(dāng)采用任何燒結(jié)方式進(jìn)行燒結(jié)前，均可對混合體進(jìn)行預(yù)成型步驟，例如可以采用模具、澆鑄或注射等方式使混合體預(yù)成型，在預(yù)成型過程中可以在混合體中加入粘結(jié)劑和/或溶劑。該粘結(jié)劑和/或溶劑在后續(xù)的燒結(jié)步驟中可以被完全去除。在燒結(jié)后得到具有預(yù)定形狀的燒結(jié)體后可以直接作為該濺射靶使用，也可以進(jìn)一步進(jìn)行加工成型、打磨等步驟。在燒結(jié)過程中，原料In2O3粉末、CeO2粉末及ZnO粉末反應(yīng)生成晶態(tài)In2CexZnO4+2x。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種氧化物半導(dǎo)體膜，包括體銦元素(In)、鈰元素(Ce)、鋅元素(Zn)及氧元素(O)，該In:Ce:Zn的摩爾比為2:(0.5~2):1，氧化物半導(dǎo)體膜為n型半導(dǎo)體，載流子濃度為1012cm-3~1020cm-3，載流子遷移率為5.0cm2V-1s-1~45.0cm2V-1s-1。該氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選為非晶質(zhì)氧化物。在另一實(shí)施例中，該氧化物半導(dǎo)體膜中也可含有晶態(tài)In2CexZnO4+2x。在一實(shí)施例中，該氧化物半導(dǎo)體膜除該In、Ce、Zn及O元素外，僅含有微量雜質(zhì)，該雜質(zhì)的含量優(yōu)選為小于10ppm。該氧化物半導(dǎo)體膜的禁帶寬度優(yōu)選為3.0eV~3.5eV。該氧化物半導(dǎo)體膜的可見光透過率優(yōu)選為60%~90%。該氧化物半導(dǎo)體膜的厚度優(yōu)選為50nm~1000nm。該氧化物半導(dǎo)體膜的載流子濃度優(yōu)選為1013cm-3~1015cm-3。該氧化物半導(dǎo)體膜的載流子遷移率優(yōu)選為12.3cm2V-1s-1~45.0cm2V-1s-1。該氧化物半導(dǎo)體膜可以通過使用上述濺射靶，通過濺射法獲得。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種氧化物半導(dǎo)體膜的制備方法，包括使用上述濺射靶，通過濺射法在基底上濺射形成氧化物膜。該濺射法可以為磁控濺射法，例如直流濺射法或交流濺射法（如中頻磁控濺射法或射頻磁控濺射法），優(yōu)選為中頻磁控濺射法或射頻磁控濺射法。該濺射的電流優(yōu)選為0.1A~2.0A。該濺射的時間優(yōu)選為1分鐘~120分鐘。該濺射的溫度可以為常溫或高溫，優(yōu)選小于或等于400°C。當(dāng)采用高溫時，該制備方法可進(jìn)一步包括在濺射前將該基底在真空中預(yù)熱的步驟，該預(yù)熱溫度例如可以為50°C~400°C。該濺射法中使用的載氣可以為稀有氣體、稀有氣體與氧氣的混合氣或稀有氣體與氫氣的混合氣，該稀有氣體優(yōu)選為Ar氣。該載氣優(yōu)選為Ar氣與氧氣的混合氣。該氧氣的流量優(yōu)選小于3sccm。載氣中各氣體的純度優(yōu)選為3N~5N。該濺射時濺射室內(nèi)的壓力優(yōu)選為0.1Pa~2.0Pa。該基板的材料為絕緣材料且能夠耐受該氧化物半導(dǎo)體膜制備過程中的加熱溫度。當(dāng)該氧化物半導(dǎo)體膜制備過程所用溫度較低，如采用常溫濺射，該基板的材料選擇范圍較寬。該基板的材料可以列舉為玻璃、硅或聚合物（如PI、PE、PET等）。在進(jìn)行濺射前，該制備方法可進(jìn)一步包括對基底進(jìn)行清潔的步驟，以去除基底表面的雜質(zhì)。在進(jìn)行濺射前，該基底材料可以安裝在夾具上進(jìn)行固定，該基底與該濺射靶可以相互平行，也可以呈一夾角，該夾角可以為20o~85o之間。該基底與該濺射靶之間的距離優(yōu)選小于或等于8cm。在進(jìn)行濺射在該基底上形成氧化物膜后，該氧化物膜可直接作為氧化物半導(dǎo)體膜。在另一實(shí)施例中，該制備方法還可進(jìn)一步包括將該氧化物膜退火的步驟。具體地，是在真空、氮?dú)饣虮Ｗo(hù)氣體（如Ar氣）中進(jìn)行退火。該退火過程的本底真空優(yōu)選為10-3Pa~10Pa。該退火溫度優(yōu)選為100°C~400°C，升溫速率優(yōu)選為1°C/min~20°C/min，退火時間優(yōu)選為1小時~10小時。該退火過程可在一定程度上提高該氧化物膜的結(jié)晶度，從而對氧化物半導(dǎo)體膜產(chǎn)品的性能進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明實(shí)施例提供的氧化物半導(dǎo)體膜及其制備方法中，采用原位摻雜Ce的氧化銦鋅得到In2CexZnO4+2x濺射靶，其中x=0.5~2。利用該濺射靶濺射得到n型氧化物半導(dǎo)體膜，In:Ce:Zn的摩爾比例為2:(0.5~2):1。該n型氧化物半導(dǎo)體膜的載流子霍爾遷移率在5.0cm2V-1s-1~45.0cm2V-1s-1，載流子濃度在1012cm-3~1020cm-3，可以用于制備n型薄膜晶體管，用于平板顯示器或其它電子設(shè)備中。該Ce元素在該氧化物半導(dǎo)體膜中的含量不能太小或太大，當(dāng)x<0.5，半導(dǎo)體氧化物膜的性質(zhì)偏向IZO，容易導(dǎo)致膜的穩(wěn)定性降低，應(yīng)用到半導(dǎo)體元件在使用中易受光照及柵壓等影響使該半導(dǎo)體氧化物膜的參數(shù)發(fā)生變化；當(dāng)x>2時，該半導(dǎo)體氧化物膜的遷移率下降，影響半導(dǎo)體元件性能。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件包括所述氧化物半導(dǎo)體膜。請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種薄膜晶體管10，該薄膜晶體管包括絕緣基底110、半導(dǎo)體層140、源極151、漏極152、柵極120及絕緣層130。該源極151與漏極152間隔設(shè)置，該半導(dǎo)體層140與該源極151和漏極152電連接，該柵極120通過該絕緣層130與該半導(dǎo)體層140、源極151及漏極152絕緣設(shè)置。該半導(dǎo)體層140為所述氧化物半導(dǎo)體膜。該薄膜晶體管10中除該氧化物半導(dǎo)體膜外的其它元件可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置及制備。圖1中的薄膜晶體管10為一頂柵結(jié)構(gòu)，可以理解，該薄膜晶體管10也可以為底柵結(jié)構(gòu)或其它薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1：濺射靶及其制備方法實(shí)施例1-1稱量純度為4N的209gIn2O3粉末、260gCeO2粉末和61gZnO粉末（三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=1:2:1），將三種粉末放入球磨罐中混合。球磨介質(zhì)選為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速200rpm，球磨時間10h。球磨結(jié)束后在壓力為1atm、純度為5N的Ar氣保護(hù)下烘干1h。烘干后將粉末放入熱壓燒結(jié)爐中，在高純Ar氣氛圍中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為50MPa，燒結(jié)溫度為1350℃，升溫速率為15oC/min，燒結(jié)時間為5h。燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫取樣。靶材相對密度>87%，體電阻0.75Ωcm。將靶材用于中頻交流磁控濺射，起弧容易，濺射穩(wěn)定。實(shí)施例1-2稱量純度為4N的249gIn2O3粉末、231gCeO2粉末和73gZnO粉末（三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=2:3:2），將三種粉末放入球磨罐中混合。球磨介質(zhì)選為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨時間為20h。球磨結(jié)束后在壓力為1atm、純度為5N的Ar氣保護(hù)下烘干1h。采用常壓燒結(jié)制備靶材，將粉末放入普通壓機(jī)中，壓力為75MPa，保壓時間為60min。脫模后放入燒結(jié)爐，在高純N2氣氛圍中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450℃，升溫速率為10oC/min，燒結(jié)時間為8h。燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫取樣。靶材相對密度>85%，體電阻0.12Ωcm。將靶材用于中頻交流磁控濺射，起弧容易，濺射穩(wěn)定。實(shí)施例1-3稱量純度為4N的209gIn2O3粉末、260gCeO2粉末和61gZnO粉末（三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=1:2:1），放入球磨罐中混合。球磨介質(zhì)選為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速500rpm，球磨時間為10h。球磨結(jié)束后在壓力為1atm、純度為5N的N2氣保護(hù)下烘干1h。將粉末進(jìn)行包裹后，放入等靜壓機(jī)中，在高純Ar氣氛圍中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)壓力為100MPa，燒結(jié)溫度為1450℃，升溫速率為10oC/min，燒結(jié)時間為20h。燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫取樣。靶材相對密度>86%，體電阻0.62Ωcm。將靶材用于中頻交流磁控濺射，起弧容易，濺射穩(wěn)定。實(shí)施例2：氧化物半導(dǎo)體膜實(shí)施例2-1選用市售普通鈉鈣玻璃作為基底，將基底洗凈并用N2吹干后置入磁控濺射儀中?；着c靶材表面平行，距離8cm。靶材為實(shí)施例1-1摻鈰氧化銦鋅靶材In2CexZnO4+2x，三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=1:2:1。采用40sccm的Ar和0~2sccm的O2作為工作氣體，工作電流為1.0A，工作氣壓為0.7Pa，在室溫進(jìn)行磁控濺射，濺射時間為28min，制得250nm厚的ICZO薄膜，經(jīng)過Hall測試測得該ICZO薄膜霍爾遷移率達(dá)14cm2V-1s-1~25.6cm2V-1s-1，載流子濃度在1013cm-3~1020cm-3。請參閱圖2，從XRD譜圖可以看到該ICZO薄膜為無定形結(jié)構(gòu)。請參閱圖3，ICZO薄膜載流子濃度及霍爾遷移率隨濺射使用的O2流量的變化數(shù)據(jù)如圖3所示。請參閱圖4，ICZO薄膜掃描電鏡表面形貌如圖4所示。實(shí)施例2-2選用市售普通鈉鈣玻璃作為襯底，將基片洗凈并用N2吹干后置入磁控濺射儀中?；着c靶材表面平行，距離8cm。靶材為實(shí)施例1-2摻鈰氧化銦鋅靶材In2CexZnO4+2x，制備該靶材所用的三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=2:3:2，用40sccm的Ar和0~3sccm的O2作為工作氣體，基底預(yù)熱溫度為250℃，工作電流為1.0A，工作氣壓為0.7Pa，濺射時間為28min，制得250nm厚的ICZO薄膜。經(jīng)過Hall測試測得該ICZO薄膜霍爾遷移率達(dá)17.8cm2V-1s-1~45.0cm2V-1s-1，載流子濃度在1015cm-3~1020cm-3。請參閱圖5，ICZO薄膜載流子濃度及霍爾遷移率隨濺射使用的O2流量的變化數(shù)據(jù)如圖5所示。請參閱圖6，ICZO薄膜掃描電鏡表面形貌如圖6所示。實(shí)施例2-3選用市售普通鈉鈣玻璃作為基底，將基片洗凈并用N2吹干后置入磁控濺射儀中?；着c靶材表面平行，距離8cm。靶材為實(shí)施例1-3摻鈰氧化銦鋅靶材In2CexZnO4+2x，制備該靶材所用的三種氧化物摩爾比例為In2O3:CeO2:ZnO=1:2:1。采用40sccm的純Ar作為工作氣體，工作電流為1.0A，工作氣壓為0.7Pa，在室溫進(jìn)行磁控濺射，濺射時間為28min，制得250nm厚的ICZO薄膜，經(jīng)過Hall測試測得該ICZO薄膜霍爾遷移率達(dá)15.6cm2V-1s-1，載流子濃度為1020cm-3。將濺射態(tài)薄膜放入石英管式爐內(nèi)退火，在1Pa真空下退火1h，退火溫度為150oC到350oC，可得載流子濃度在1014cm-3~1020cm-3，霍爾遷移率在17.1cm2V-1s-1~20.6cm2V-1s-1之間的ICZO薄膜，適合制備TFT器件。請參閱圖7，ICZO薄膜載流子濃度及霍爾遷移率隨退火溫度的變化數(shù)據(jù)如圖7所示。請參閱圖8，ICZO薄膜掃描電鏡表面形貌如圖8所示。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3