專利名稱：全溶液加工法制備無機薄膜三極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機薄膜三極管TFT的制備方法，特別是一種全溶液加工法制備無機薄 膜三極管TFT的方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管自上世紀60年代發(fā)明開始,己經(jīng)得到了非常廣泛的推廣和應(yīng)用,發(fā)展速度之快 超乎想象。從非晶硅TFT到多晶硅TFT,從高溫多晶硅TFT到低溫多晶硅TFT,技術(shù)越來越成 熟，應(yīng)用的對象也從只是驅(qū)動LCD發(fā)展到既可以驅(qū)動LCD也可以驅(qū)動OLED、甚至電子紙。
TFT可以分為非晶硅薄膜、多晶硅薄膜(poly-Si)和有機薄膜TFT。通常采用Ti02做其 屮的絕緣層。隨著芯片制造商在微小的硅片上安裝越來越多的晶體管，十導體制造等比例縮 小的過程中,除了特征尺寸溝道長度的縮小,柵氧化層厚度也需近似成比例地減薄以避免短溝 道效應(yīng)。45nm技術(shù)節(jié)點的等效柵氧化層厚度EOT為0.18nm; 32nm技術(shù)節(jié)點的EOT將進一 歩減小到0.16nm，這只相當于兩個Si02分子層厚。通常所用的Si02，在原理上可以減薄到兩個 分子層厚。但實際上,使用這種超薄Si02使得Si02/Si不再是最佳組合,會導致直接隧穿電流大 和界面情況變差。由于Si02變得越來越薄，通過柵極電介質(zhì)漏電現(xiàn)象逐漸增加，從而導致電 流浪費和額外產(chǎn)生的不必要熱量。而Ti02具有良好的絕緣性以及很高的介電常數(shù)，使得在與 SiO/等效柵氧化層厚度EOT相同的條件卜一，Ti02的厚度比Si02的厚度大，這樣大大減少可 能的隧道電流。使用ZnO做有源層，是基于它的優(yōu)良性質(zhì)。它是一種屬于直接寬帶隙(常溫 下帶隙為3. 37eV)透明氧化物半導體，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)、C軸優(yōu)先取向，具有優(yōu)良的壓 電、光電、氣敏、壓敏等性質(zhì)。ZnO.TFT能獲得較高的電子遷移率，能實現(xiàn)較大的驅(qū)動電流、 較快的器件響應(yīng)速度，在可見光譜范圍均有較高的光透過率，很小的光敏退化性。
通常絕緣層和有源層的加工方法可以分為兩種(O高溫工藝，指整個加工過程中溫度 高于900'C。高溫工藝只能以昂貴的石英為襯底，TFT性能好，高溫工藝只適用于中小尺寸 的顯示屏或投影屏系列。(2)低溫工藝，整個加工過程中溫度低于60(TC。采用低溫工藝可 在廉價玻璃襯底上制作較大的顯示屏。低溫多晶硅(LTPS)TFT由于其低功耗、輕便、薄型、 提供大電流和系統(tǒng)集成性而被廣泛地應(yīng)用于有源(主動)驅(qū)動顯示TFT—LCD和AMOLED 中。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全溶液加工法制備無機薄膜三極管TFT的方法。 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種全溶液加工法制備無機薄膜三極管TFT的方法，其特征在于該二極管的絕緣層Ti02 和有緣層ZnO采用全溶液加工法來制備，具體步驟如下
a) 采用熱液法或者溶膠凝膠法將Ti02和ZnO制備一定濃度的溶液；
b) 將步驟a中得到的ZnO和Ti02通過旋涂法、提拉法或滴定覆蓋法涂敷在襯底電 極上，形成ZnO和Ti02薄膜。
上述的采用旋涂法制備Ti02薄膜吋，轉(zhuǎn)速為2500-3500 rpm，旋涂時間為90秒，從而得 到的薄膜厚度為100-120 nm;采用旋涂法制備ZnO薄膜時，轉(zhuǎn)速為2000-2500 rpm，旋涂時 間為60秒，得到的薄膜厚度為100-150 nm。
上述的制備ZnO薄膜時，采用高溫退火(400-60(TC)或者激光進行退火處理，具體工藝 為激光的波長為355nm或532nm，使用能量分布均勻的直徑0.25cm的圓形激光光斑，以0.1-5 / 112的能量密度，功率為75kW，單脈沖輻照厚度達100-150nm的ZnO薄膜，在N2等惰性氣體 環(huán)境中，并且調(diào)整基板的溫度在25-250。C;退火時間為0.5-10秒。
本發(fā)明可以在小于500'C的低溫下制備TiO2薄膜和ZnO薄膜，工藝相對簡單，有助于降 低制備成本，加快制備速度，十分有利于進行產(chǎn)業(yè)化；并可在玻璃等廉價材料上制備，與彈 性、塑性材料工藝兼容。最終得到有高介電常數(shù)的絕緣層以及極高電荷遷移率的有源層的TFT 器件，它具有毫安級大電流密度，以及高達數(shù)萬的電流丌關(guān)比，能夠驅(qū)動低壓OLED。
圖l為Ti02作絕緣層的底柵結(jié)構(gòu)的TFT 圖2為Ti02連同SiN作絕緣層的底柵結(jié)構(gòu)的TFT 圖3為Ti02作絕緣層的頂柵結(jié)構(gòu)的TFT
具體實施例方式
采用熱液法或者溶膠凝膠法制備Ti02和ZnO薄膜，并對ZnO薄膜進行激光退火處理，最后 蒸鍍金屬陰極，導電溝道依據(jù)三極管的結(jié)構(gòu)在適當?shù)臅r候形成。
實施例一以ITO作為柵極(gate)的底柵結(jié)構(gòu)的薄膜三極管的制備，參見圖l:
1. TiCb溶液的制備①用移液槍量取400ul鹽酸融入200ml乙醇；②加入55ml鈦酸四丁酯， 并加入200ml乙醇溶解；③繼續(xù)加入5ml乙酰丙酮和llml去離子水。上述溶液都是邊加邊均勻 攪拌，溶劑添加完全，攪拌即結(jié)束。得到濃度為0.33的TiO2溶液。
2. ZnO溶液的制備①稱取0.628g的Zn(CH3COO)2.2H2O溶于250ml的乙醇，用電熱爐加 熱回流至沸騰。30分鐘后待溶液不沸騰移入錐形瓶；②加入一定量的LiOH.H20固體，在超聲
浴中振蕩20分鐘，制得膠體。得到濃度為0.05ml的ZnO溶液。
3. 以ITO作為柵極(gate),在其上采用旋涂法制作Ti02作為絕緣層，ZnO作為有源層， 制備Ti02薄膜時，轉(zhuǎn)速為2500 rpm，旋涂時間為90秒，從而得到的薄膜厚度為UO nm;采用 旋涂法制備ZnO薄膜時，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為60秒，得到的薄膜厚度為150 nm。
4. 然后使用VPE法蒸鍍厚度150nm的金屬(如A1、 Mg/Ag等)作為源極(source)和漏 極(drain)。即可得到無機薄膜三極管。在VPE法蒸鍍金屬的時候可以在器件上覆蓋遮斷式的 掩膜板以形成導電溝道，溝道寬度從5um 50um。
實施例二以ITO作為柵極(gate)的底柵結(jié)構(gòu)的薄膜三極管的制備，參見圖2，具體步 驟為
1. Ti02溶液的制備①用移液槍量取400ul鹽酸融入200ml乙醇；②加入27.5ml鈦酸四丁 酯，并加入200ml乙醇溶解；③繼續(xù)加入5ml乙酰丙酮和llml去離子水。上述溶液都是邊加邊 均勻攪拌，溶劑添加完全，攪拌即結(jié)束。得到濃度為0.165mol/L的TiO2溶液。
2. ZnO溶液的制備①稱取0.319g的Zn(CH3COO)2.2H2O溶于250ml的乙醇，用電熱爐加 熱回流至沸騰。30分鐘后將溶液冷卻至室溫移入錐形瓶；②問時將一定量的LiOH.H20加入另 一個錐形瓶中，再倒入100ml的乙醇，在超聲浴中震蕩30分鐘；③將溶解的LiOH.H20溶液緩 慢加入已冷卻的Zn(CH3COO)2.2H20溶液中，超聲浴中振蕩20分鐘，制得膠體。得到濃度為 0.025 mol/L的ZnO溶液。
3. 以ITO作為源漏(source-drain),先采用提拉法制作ZnO有源層，具體工藝為提拉法 是先把烘箱溫度定為80。C，將處理好后浸泡在乙醇中的基片取出用小夾于夾好，掛在鐵絲架 上，放入80'C烘箱中把基片烘熱，取出將其浸入準備好的膠體中，迅速拿出來，用濾紙吸掉 基片下邊緣的液體，放入烘箱中千燥2分鐘后取出，制得1層薄膜，再反復上述過程，便可制 得多層薄膜。再使用同樣的方法制作Ti02絕緣層。在Ti02絕緣層上再使用PECVD沉積一層SiN 層，其厚度為150nm。最后真空熱蒸鍍厚度150nm的金屬電極作為柵極。在VPE法蒸鍍金屬的 時候可以在器件上覆蓋遮斷式的掩膜板以形成導電溝道，溝道寬度從5um 50um。
實施例三頂柵結(jié)構(gòu)薄膜三極管的制備，參見圖3，具體歩驟為
1. Ti02溶液的制備①用移液槍量取400ul鹽酸融入200ml乙醇；②加入18.3ml鈦酸 四丁酯，并加入200ml乙醇溶解；③繼續(xù)加入5ml乙酰丙酮和llml去離子水。上述溶液都是 邊加邊均勻攪拌，溶劑添加完全，攪拌即結(jié)束。得到濃度為0.11mol/L的Ti(V溶液。
2. ZnO溶液的制備①稱取0.511g的Zn(CH3COO)2.2H20溶于足量的異丙醇中。②加 入與醋酸鋅等摩爾的乙醇胺，在催化劑冰醋酸的作用下，于60。C水浴中充分攪拌，制得膠體。
得到濃度為0.04mol/L的ZnO溶液。
3.以ITO作源極和漏極，金屬作柵極。它的溝道可在ITO襯底上由光刻形成。在ITO上利 用有極細窄縫(5um 50um)的掩膜板蒸鍍500nm的LiF，使用不透光的金屬Ag (300nm)蒸 鍍在基片上面，用熱水將LiF洗掉，超聲波處理30分。最后在金屬Ag掩膜上旋涂光刻膠，使 用紫外線暴光30秒鐘，最后用強酸超聲洗半小時，這樣在ITO上形成一個有很細空隙的溝道。 在光刻后的IT0上采用旋涂法制作Ti02作為絕緣層，ZnO作為有源層。制備Ti02薄膜時，初始 轉(zhuǎn)速為600 rpm，持續(xù)時間為6秒，最終轉(zhuǎn)速為3500 rpm，旋涂時間為60秒，按此步驟旋涂兩 層從而得到的薄膜厚度為220nm;制備ZnO薄膜時，初始轉(zhuǎn)速為500rpm，持續(xù)時間為10秒， 最終轉(zhuǎn)速為2500 rpm，旋涂時間為60秒，得到的薄膜厚度為150 nm。最后真空熱蒸鍍200nm 的金屬電極作為陰極，這樣就形成了頂柵結(jié)構(gòu)薄膜三極管。
4. ZnO有源層的激光退火工藝采用波長532nm或355nm的激光照射ZnO導電溝道， 用能量分布均勻的直徑0.25cm的圓形激光光斑，以0.5-1.0 J/cn^的單脈沖能量密度、100Hz 的重復頻率，在溝道附近0.5mm范圍內(nèi)水平移動，調(diào)整退火時間在0.5-IO秒之間。整個激光 退火是在N2等惰性氣休環(huán)境中實施的，并且可以在25-25(TC溫度范圍內(nèi)調(diào)整基板的溫度。
權(quán)利要求
1. 一種全溶液加工法制備無機薄膜三極管TFT的方法，其特征在于該三極管的絕緣層TiO2和有緣層ZnO采用全溶液加工法來制備，具體步驟如下a. 采用熱液法或者溶膠凝膠法將TiO2和ZnO制備成濃度為0.05M—0.1M的溶液；b. 將步驟a中得到的ZnO和TiO2通過旋涂法、提拉法或滴定覆蓋法涂敷在襯底電極上，形成ZnO和TiO2薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全溶液加工法制備無機薄膜二極管TFT的方法，其特征在于采用 旋涂法制備Ti02薄膜時，轉(zhuǎn)速為2500-3000 rpm，旋涂時間為90秒，從而得到的薄膜厚 度為100-120 nm;采用旋涂法制備ZnO薄膜時，轉(zhuǎn)速為2000-2500 rpm，旋涂時間為60 秒，得到的薄膜厚度為100-150 nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全溶液加工法制備無機薄膜三極管TFT的方法，其特征在于 在對ZnO有源層薄膜，采用高溫(400-600°C)或者激光進行退火處理。激光退火的具體 工藝為激光的波長為355 nm或532 nm，使用能量分布均勻的直徑0.25 cm的圓形激光 光斑，以0.5 1.0 J/ct^的單脈沖能量密度，在N2等惰性氣體環(huán)境的氣氛中，脈沖輻照溝 道附近0.5mm范圍內(nèi)的ZnO薄膜，并且調(diào)整基板的溫度在25-250 °C;退火時間為0.5-10 秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全溶液加工法制備無機薄膜三極管TFT的方法。該方法采用全溶液加工法來制備三極管的絕緣層TiO<sub>2</sub>和有緣層ZnO，具體步驟如下a)采用熱液法或者溶膠凝膠法將TiO<sub>2</sub>和ZnO制備成濃度為0.05ml-0.1ml的溶液；b)將步驟a中得到的ZnO和TiO<sub>2</sub>通過旋涂法、提拉法或滴定覆蓋法涂敷在襯底電極上，形成ZnO和TiO<sub>2</sub>薄膜，ZnO薄膜通過高溫退火或者激光退火工藝形成微晶化。本發(fā)明可以在小于500℃的低溫下制備TiO<sub>2</sub>薄膜和ZnO薄膜，工藝相對簡單，有助于降低制備成本，加快制備速度，十分有利于進行產(chǎn)業(yè)化。并可在玻璃等廉價材料上制備，與彈性、塑性材料工藝兼容?？傻玫接懈呓殡姵?shù)的絕緣層以及極高電荷遷移率的有源層的TFT器件，它具有毫安級大電流密度，以及高達數(shù)萬的電流開關(guān)比，能夠驅(qū)動低壓OLED。
文檔編號H01L21/335GK101388342SQ20081020196
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者孫三春, 張建華, 博 李, 敏 汪, 斌 魏 申請人:上海大學