薄膜晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及薄膜晶體管。所述薄膜晶體管包括在基板上布置的柵電極；在所述基板上布置的柵絕緣層；在所述基板上布置的半導(dǎo)體層，所述柵絕緣層被配置為使所述半導(dǎo)體層和所述柵電極彼此絕緣；在所述基板上布置的源電極；以及在所述基板上布置的漏電極。所述氧化物半導(dǎo)體包括鋅（Zn）、錫（Sn），以及Ag和Au的至少一種。在薄膜晶體管的Zn-Sn-O半導(dǎo)體層中Ag和/或Au的使用可以提高該薄膜晶體管的電子遷移率。
【專利說明】薄膜晶體管
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年6月21日提交的韓國專利申請N0.10-2013-0071949的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，該韓國專利申請為所有目的通過引用并入本文，如同其在本文中闡述一樣。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的示例性實施方式涉及氧化物半導(dǎo)體、氧化物半導(dǎo)體薄膜以及包含該氧化物半導(dǎo)體薄膜的薄膜晶體管，更具體地，涉及包含鋅和錫的氧化物半導(dǎo)體、包含鋅和錫的氧化物半導(dǎo)體薄膜以及包含該氧化物半導(dǎo)體薄膜的薄膜晶體管。

【背景技術(shù)】
[0004]氧化物半導(dǎo)體通常比非晶硅半導(dǎo)體表現(xiàn)更大的電子遷移率。為此，低溫工藝通常對氧化物半導(dǎo)體來說比對多晶硅半導(dǎo)體來說更容易執(zhí)行。此外，氧化物半導(dǎo)體通常對可見光透明，因此多種電子設(shè)備(如薄膜晶體管)使用氧化物半導(dǎo)體。
[0005]在各種氧化物半導(dǎo)體(例如銦氧化物(In2O3)半導(dǎo)體、氧化鋅銦(Zn-1n-O)半導(dǎo)體、氧化銦鎵(In-Ga-O)半導(dǎo)體、氧化銦鋅(In-Zn-O)半導(dǎo)體、氧化銦鎵鋅(In-Ga-Zn-O)半導(dǎo)體等)中的銦(In)離子，通常表現(xiàn)在認(rèn)為影響(例如提高)這樣的氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率的最外面或5s的軌道的電子分布。然而，需注意的是，由于氧化物半導(dǎo)體通常使用稀土金屬(例如，銦(In))，所以包含銦的氧化物半導(dǎo)體的成本相對高于其它形式的半導(dǎo)體。
[0006]氧化鋅錫(Zn-Sn-O)半導(dǎo)體使用地球上相對豐富的錫(Sn)，因此通常比包含稀土金屬的氧化物半導(dǎo)體成本更低。因此，Zn-Sn-O半導(dǎo)體可以比包含銦的氧化物半導(dǎo)體表現(xiàn)更好的可靠性。然而，需注意的是，Zn-Sn-O半導(dǎo)體可以表現(xiàn)比包含銦的氧化物半導(dǎo)體更低的電子遷移率。因此，存在對具有較高的電子遷移率的Zn-Sn-O半導(dǎo)體的需要。
[0007]在本【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅用于加深對本發(fā)明構(gòu)思的背景的理解，因此它可包含這個國家中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說沒有形成為已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的示例性實施方式提供了具有相對高的電子遷移率的Zn-Sn-O半導(dǎo)體薄膜。
[0009]本發(fā)明的示例性實施方式提供了包含具有相對高的電子遷移率的Zn-Sn-O半導(dǎo)體的薄膜晶體管。
[0010]本發(fā)明的其它方面將在下面的詳細(xì)說明中闡述，并且在某種程度上將由本公開而變得明顯，或者可以通過實施發(fā)明構(gòu)思來領(lǐng)會。
[0011]根據(jù)示例性實施方式，氧化物半導(dǎo)體包括鋅(Zn)和錫(Sn)，以及Ag和Au中至少一種兀素(M)。
[0012]根據(jù)示例性實施方式，薄膜包括鋅(Zn)和錫(Sn)，以及Ag和Au中至少一種元素(M)。
[0013]根據(jù)示例性實施方式，薄膜晶體管包括在基板上布置的柵電極、在所述基板上布置的柵絕緣層、在所述基板上布置的半導(dǎo)體層、在所述基板上布置的源電極和在所述基板上布置的漏電極，所述柵絕緣層被配置為使所述半導(dǎo)體層和所述柵電極彼此絕緣。所述半導(dǎo)體層包括鋅(Zn)和錫(Sn)，以及Ag和Au中至少一種元素(M)。
[0014]根據(jù)示例性實施方式，Zn-Sn-O中的Ag和/或Au的使用可以提高生成的組合物的電子遷移率。為此，在薄膜晶體管的Zn-Sn-O半導(dǎo)體層中Ag和/或Au的使用可以提高該薄膜晶體管的電子遷移率。
[0015]上面的概括描述和下面的詳細(xì)描述是示例性和說明性的，并且旨在提供所要求保護(hù)的主題的進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明包含附圖來提供本發(fā)明構(gòu)思的進(jìn)一步理解，并且附圖包含在說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分，附圖描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式，并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的構(gòu)思。
[0017]圖1是根據(jù)第一示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。
[0018]圖2是根據(jù)第二示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。
[0019]圖3是根據(jù)第三示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。
[0020]圖4是根據(jù)第四示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。
[0021]圖5示意性描述根據(jù)示例性實施方式的所模擬的Zn-Sn-Ag-O組合物的分子結(jié)構(gòu)。
[0022]圖6示意性描述根據(jù)示例性實施方式的所模擬的Zn-Sn-Au-O組合物的分子結(jié)構(gòu)。
[0023]圖7為根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。
[0024]圖8是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Au原子的數(shù)目的圖。
[0025]圖9是根據(jù)示例性實施方式的比較In-Ga-Zn-Ag-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。
[0026]圖10是根據(jù)示例性實施方式的比較In-Ga-Zn-Au-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Au原子的數(shù)目的圖。
[0027]圖11是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體中的氧空位的平均形成能與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。
[0028]圖12是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體中的氧空位的平均形成能與晶胞中的Au原子的數(shù)目的圖。

【具體實施方式】
[0029]在下面的描述中，為了說明的目的，闡述許多具體細(xì)節(jié)，以便提供各個示例性實施方式的全面理解。然而，顯然地，各個示例性實施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下或在一個或多個等價布置的條件下實踐。在其它情況中，以框圖的形式顯示已知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便避免不必要地混淆各個示例性實施方式。
[0030]在附圖中，為了清楚和描述目的，可以放大層、膜、面板、區(qū)域等的尺寸和相對尺寸。此外，相同附圖標(biāo)記表示相同元件。
[0031]當(dāng)稱元件或?qū)印拔挥诹硪辉驅(qū)由稀?、“與另一元件或?qū)舆B接”或“與另一元件或?qū)勇?lián)接”時，該元件或?qū)涌梢灾苯游挥诹硪辉驅(qū)由?、與另一元件或?qū)又苯舆B接或與另一元件或?qū)又苯勇?lián)接，或者可以存在中間的元件或?qū)?。然而，?dāng)稱為元件或?qū)印爸苯游挥诹硪辉驅(qū)由稀薄ⅰ芭c另一元件或?qū)又苯舆B接”或“與另一元件或?qū)又苯勇?lián)接”時，不存在中間的元件或?qū)印榱吮竟_的目的，“X、Y和Z中的至少一個”和“選自由X、Y和Z組成的組中的至少一個”可以被解釋為僅X、僅Y、僅Z或X、Y和Z中兩個或更多個的任意組合，例如\TL、\T1、TmzL.相同的附圖標(biāo)記全部表示相同的元件。如本文中使用，術(shù)語“和/或”包括所關(guān)聯(lián)列出的項目中的一個或多個項目的任意組合和所有組合。
[0032]雖然在本文中可以使用術(shù)語第一、第二等來描述不同元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語用于將一個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一元件、部件、區(qū)域、層和/或部分區(qū)別開。因此，在不背離本公開的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層和/或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層和/或部分。
[0033]為了描述的目的，本文中可以使用空間相關(guān)術(shù)語，如“在……下面”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等，由此來描述附圖中圖示的一個元件或特征與另外元件或特征的關(guān)系?？臻g相關(guān)術(shù)語旨在涵蓋裝置在使用時、在操作時和/或在制造時除附圖中描繪的方向以外的不同方向。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為位于其它元件或特征“下面”或“下方”的元件將位于其它元件或特征“上方”。因此，示例性術(shù)語“下方”能夠涵蓋“上方”和“下方”兩個取向。而且，裝置可以朝向別的取向(例如，旋轉(zhuǎn)90度或其它方向)，因此相應(yīng)地解釋本文中使用的空間相關(guān)描述。
[0034]文中使用的術(shù)語僅為說明特定示例性實施方式的目的，而不旨在是限制性的。如文中使用，單數(shù)形式“一個(a)”、“一個(an)”和“所述”也旨在包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地表明。此外，當(dāng)術(shù)語“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”用在說明書中時，規(guī)定所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在，但不排除存在或增加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組。
[0035]文中參照截面圖說明了各種示例性實施方式，所述截面圖為理想化的示例性實施方式和/或中間結(jié)構(gòu)的示意圖。因此，可預(yù)期的是，由于例如制造方法和/或偏差造成所說明的形狀的變化。因此，本文中公開的示例性實施方式不應(yīng)解釋為局限于所具體圖示的區(qū)域形狀，而是應(yīng)包括由例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，被圖示為矩形的注入?yún)^(qū)域通常將具有圓形特征或彎曲特征和/或在其邊緣處的注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域至未注入?yún)^(qū)域的二元變化。類似地，由注入形成的掩埋區(qū)可以導(dǎo)致該掩埋區(qū)和注入發(fā)生的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，附圖中圖示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在圖示設(shè)備的區(qū)域的實際形狀并且不旨在是限制性的。
[0036]除非另外限定，否則本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本公開屬于其一部分的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員之一所通常理解的意義相同的意義。術(shù)語，如在常用詞典中所定義的那些術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們在現(xiàn)有技術(shù)的語境中它們的意思一致的意思，而不應(yīng)理想化的或過于正式地解釋，除非本文中明確如此限定。
[0037]根據(jù)示例性實施方式，氧化物半導(dǎo)體可以包括鋅(Zn)和錫(Sn)，以及銀(Ag)和金(Au)中的至少一種。也就是說,氧化物半導(dǎo)體可以包括Zn-Sn-Ag-O、Zn-Sn-Au-O或者Zn-Sn-Ag-Au-O組合物。這樣，氧化物半導(dǎo)體可以對可見光透明。為了描述的目的，元素M可以用來指Ag、Au或Ag和Au。然而，需注意的是，氧化物半導(dǎo)體可以包括一種或多種其它構(gòu)成成分。
[0038]在示例性實施方式中，氧化物半導(dǎo)體的元素M對所有金屬元素(例如，Zn+Sn+M)的原子比(例如，M/(Zn+Sn+M))可以在約I個原子百分比(以％)至約16個原子百分比的范圍內(nèi)，例如約1%至約4%的范圍內(nèi)，例如約2%至約5%。氧化物半導(dǎo)體中Zn對Sn的原子比，例如Zn:Sn，可在約1:1至約2:1的范圍內(nèi)。此外，氧對Sn的原子比，例如O: Sn，可以在約4:1至約3.75:1的范圍內(nèi)。
[0039]根據(jù)示例性實施方式，Zn-Sn-Ag-O氧化物半導(dǎo)體或Zn-Sn-Au-O氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率可以在大約9cm2/V.s至大約10cm2/V.s的范圍內(nèi)，如大約9.3cm2/V.s至大約9.7cm2/V.s,例如大約9.4cm2/V.s至大約9.6cm2/V.S。當(dāng)以上面描述的原子比的量提供氧化物半導(dǎo)體的Ag或Au時，可提高氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率。由于Ag和Au(單獨或在被氧化的狀態(tài)下)在它們5s和/或6s軌道中具有與銦(In)類似的電子分布，所以Ag或Au的使用可以提供與使用In時類似的操作特性。然而，可預(yù)期的是，可以使用在它的5s和/或6s軌道中具有與In類似的電子分布的任何其它適合元素(單獨或在被氧化的狀態(tài)下)。為此，氧化物半導(dǎo)體可以被配置為η型半導(dǎo)體。
[0040]氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率可以與所述氧化物半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量成反比，并且可如下面提供的公式I定義。
<τ>
[0041]μ=廠(公式 I)

m ■
[0042]需注意的是，μ是電子遷移率，m*是有效電子質(zhì)量，并且<τ>是與電子的平均散射時間相關(guān)的比例常數(shù)。在示例性實施方式中，氧化物半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量可以在約
0.220?至約0.224m0的范圍內(nèi)，其中mQ=9.1lX 10_31kg。例如，氧化物半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量可以在約0.22Im0至約0.243m0的范圍內(nèi)，例如0.222m0。
[0043]還需注意的是，氧化物半導(dǎo)體可以呈現(xiàn)氧空位，氧空位是指原本會存在氧元素的鍵中氧缺失引起的結(jié)構(gòu)缺陷。由于氧化物半導(dǎo)體中的這種氧空位，金屬的應(yīng)當(dāng)參與與氧結(jié)合的價電子可以仍保持為剩余電子，例如電子供體。于是，可以提高氧化物半導(dǎo)體中的電子密度，以提高電子的傳導(dǎo)率。為此，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體中的氧空位形成能降低時，可以形成大量的氧空位，并且可以提高電子的傳導(dǎo)率。需注意的是，可如下面提供的公式2確定氧空位形成能。
[0044]Δ E ( a ) =E ( a ) -E (理想)+ μ。(公式 2 )
[0045]需注意的是，ΔΕ(α)是氧空位形成能，E( α )是包括氧空位的晶胞(unit cell)的總能量，E (理想)是不包括氧空位的晶胞的總能量，并且μ O是氧在氣相下的化學(xué)勢能。晶胞指最小晶格單元，例如，其代表構(gòu)成總晶格結(jié)構(gòu)的最簡單、最小的形狀。在示例性實施方式中，氧化物半導(dǎo)體的氧空位形成能可以在約8.5eV至約12.0eV的范圍內(nèi)，例如約9.0eV至約11.5eV，例如約9.5eV至約11.0eV0
[0046]根據(jù)示例性實施方式，氧化物半導(dǎo)體可以被形成為薄膜，并且可這樣用在例如薄膜晶體管、發(fā)光設(shè)備、太陽能電池、光記錄設(shè)備等之類的任何適合的電子設(shè)備中。例如，可以使用真空工藝等來形成氧化物半導(dǎo)體材料的薄膜，例如濺射、脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。進(jìn)一步地或可替代地，可以使用溶液工藝來形成所述薄膜，例如溶膠-凝膠法、金屬有機分解(MOD)法、納米粒子分散液法、化學(xué)浴沉積(CBD)法。然而，需注意的是，可以使用任何其它適合的制造技術(shù)。
[0047]在示例性實施方式中，可以使用上述的氧化物半導(dǎo)體組合物形成薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括柵電極、布置在柵電極上的柵絕緣層、通過柵絕緣層與柵電極絕緣的半導(dǎo)體層以及在半導(dǎo)體層上布置的源電極和漏電極。也就是說，半導(dǎo)體層可以包括含有Zn、Sn,以及Ag和Au的至少一種的氧化物半導(dǎo)體。
[0048]圖1是根據(jù)第一示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意性截面圖。參考圖1，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管10包括基板11、柵電極13、柵絕緣層15、半導(dǎo)體層17以及源電極和漏電極19。
[0049]根據(jù)示例性實施方式，可以使用任何適合的材料形成基板11，例如包含硅氧化物的透明玻璃作為主成分。然而，可預(yù)期的是，基板11可以包括任何其它適合的材料，例如塑料、硅、金屬等和/或它們的組合。可以使用柔性塑料膜或薄膜玻璃形成基板11，柔性塑料膜或薄膜玻璃可以使薄膜晶體管10能夠彎曲、折疊、卷繞或以別的方式操作。
[0050]為防止雜質(zhì)離子從基板11擴散或者濕氣、外部空氣和/或其它污染物滲透至氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管10的一個或多個其它部件，可以提供輔助層(未圖示)，如屏障層、阻擋層和/或緩沖層。需注意的是，輔助層還可以使基板11的表面平整。為此，需注意的是，輔助層可以由任何適合的材料形成，例如氧化硅、氮化硅等。
[0051]如圖1中可見，柵電極13可以形成在基板11上?？梢允褂萌魏芜m合的導(dǎo)電材料，例如導(dǎo)電金屬材料形成柵電極13。例如，柵電極13可以包括Ag、鎂(Mg)、鋁(Al)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、Au、鎳(Ni)、釹(Nd)、銥(Ir)、鉻(Cr)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)等或者由它們的兩種或更多種的合金。還可預(yù)期的是，柵電極13可以包括導(dǎo)電的氧化物，例如氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(1!'0)、氧化銦鋅(120)、氧化鎵鋅(620)、氧化銦鎵(IG0)、氧化鋁鋅(AZO)等。為此，可以使用一種或多種導(dǎo)電的聚合物(ICP)，例如聚苯胺、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)等。然而，可預(yù)期的是，可以使用任何其它適合的材料或材料的組合物。
[0052]柵絕緣層15形成在柵電極13上?？梢允褂萌魏芜m合的電介質(zhì)材料或用于呈現(xiàn)相對高介電性的任何材料形成柵絕緣層15，例如的硅氧化物(Six0y)、硅氮化物(SixNy)、氮氧化硅(S1N)、鉿氧化物(HfxOy)、鋁氧化物(AlxOy)、釔氧化物(YxOy)、鉭氧化物(TaxOy)等或者它們的組合。
[0053]根據(jù)示例性實施方式，半導(dǎo)體層17可以形成在柵絕緣層15上。可以使用包括前面描述的Zn、Sn以及Ag和Au的至少一種的氧化物半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體層17。也就是說，可以使用Zn-Sn-Ag-O、Zn-Sn-Au-O或者Zn-Sn-Ag-Au-O半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體層17。這樣,氧化物半導(dǎo)體的元素M相對于所有元素(例如，Zn+Sn+M)的原子比，例如M/ (Zn+Sn+M)，可以在約1%至約16%的范圍內(nèi)，例如在約1%至大約4%的范圍內(nèi)，如大約2%至約5%。在示例性實施方式中，Zn對Sn的原子比(例如，Zn: Sn)可以在約1:1至約2:1的范圍內(nèi)。此外，氧對Sn的原子比(例如，O: Sn)可以在約4:1至約3.75:1的范圍內(nèi)。Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體、Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體或者Zn-Sn-Ag-Au-O半導(dǎo)體的電子遷移率可以在約9cm2/V.s至約10cm2/V.s的范圍內(nèi)，例如約 9.3cm2/V.s 至約 9.7cm2/V.s,例如約 9.4cm2/V.s 大約 9.6cm2/V.S。進(jìn)一步，氧化物半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量可以在約0.220mQ至約0.224mQ的范圍內(nèi)，例如，約0.221mQ大約 0.243m。，如 0.222m0。
[0054]源電極和漏電極19形成在半導(dǎo)體層17上。可以使用任何適合的導(dǎo)電材料，如任何適合的導(dǎo)電金屬材料形成源電極和漏電極19。例如，源電極和漏電極19可以由Ag、Mg、Al、Pt、Pd、Au、N1、Nd、Ir、Cr、L1、Ca、Mo、T1、W、Cu等或由它們的兩種或更多種的合金構(gòu)成。還可預(yù)期的是，源電極和漏電極19可以包括導(dǎo)電的氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化銦、ΙΤΟ、ΙΖ0, GZ0, IG0、AZ0等。為此，可以使用一種或多種導(dǎo)電的聚合物(ICP)，例如聚苯胺、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)等。然而，可預(yù)期的是，可以使用任何其它適合的材料或材料的組合物。為此，源電極和漏電極19可以由與柵電極13相同的材料或不同的材料構(gòu)成。
[0055]圖2是根據(jù)第二示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。參考圖2，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管20具有與圖1的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管10基本相同的構(gòu)造，除了源電極和漏電極19以及半導(dǎo)體層27的布置以外。為了避免使本文描述的示例性實施方式混淆，下面提供主要區(qū)別。
[0056]如圖2中可見，源電極和漏電極19布置在柵絕緣層15上。為此，在柵絕緣層15上還可以布置半導(dǎo)體層27，源電極和漏電極19各自的至少部分布置在半導(dǎo)體層27和柵絕緣層15之間。
[0057]圖3是根據(jù)第三示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意截面圖。圖3的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管30大致類似于圖1的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管10，除了下面將更詳細(xì)地描述的各個部件的布置以外。于是，為了避免使本文描述的示例性實施方式混淆，下面提供主要區(qū)別。
[0058]參考圖3，薄膜晶體管30包括基板11、在基板11上布置的源電極和漏電極39、在源電極和漏電極39上布置的半導(dǎo)體層37、在半導(dǎo)體層37上布置的柵絕緣層35以及在柵絕緣層35上布置的柵電極33?；?1的材料、柵電極33的材料、柵絕緣層35的材料、半導(dǎo)體層37的材料以及源電極和漏電極39的材料分別與根據(jù)圖1描述的基板11、柵電極13、柵絕緣層15、半導(dǎo)體層17以及源電極和漏電極19相同。
[0059]圖4是根據(jù)第四示例性實施方式的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的示意剖面圖。參考圖4，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管40具有與圖3的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管30基本相同的構(gòu)造，除了源電極和漏電極49的布置以外。為了避免使本文描述的示例性實施方式混淆，下面提供主要區(qū)別。
[0060]如圖4中可見，源電極和漏電極49布置在半導(dǎo)體層47上。為此，柵絕緣層35還可以布置在半導(dǎo)體層47上，源電極和漏電極49各自的至少部分布置在柵絕緣層35和半導(dǎo)體層47之間。
[0061]根據(jù)示例性實施方式，圖1的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管10和圖2的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管20是“底柵”結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其中柵電極13布置在半導(dǎo)體層17或27下面。按照這種方式，圖3的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管30和圖4的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管40是“頂柵”結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其中柵電極33布置在半導(dǎo)體層37或47上面。然而，可預(yù)期的是，示例性實施方式可以與任何其它適合的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管關(guān)聯(lián)實現(xiàn)。為此，需注意的是，示例性實施方式可以與例如顯示設(shè)備中的開關(guān)晶體管和/或驅(qū)動晶體管，例如發(fā)光二極管(LED)顯示設(shè)備、有機發(fā)光二極管(OLED)顯示設(shè)備、等離子體顯示面板(PDP)顯示設(shè)備、場發(fā)光顯示(FED)設(shè)備、電泳顯示(EF1D)顯示設(shè)備、電濕潤顯示屏(EWD)等，關(guān)聯(lián)使用。還可預(yù)期的是，示例性實施方式可以與任何其它適合的電子設(shè)備關(guān)聯(lián)使用。
[0062]對Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體以及Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的模擬
[0063]使用維也納從頭計算模擬包(VASP)在原子尺度上進(jìn)行示例性Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體和Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的模擬。在VASP模擬中，通過電子結(jié)構(gòu)計算來模擬具有多個原子的分子的特性。
[0064]在這些模擬中，限定晶胞，并且重復(fù)該晶胞。晶胞指用于原子尺度模擬的最小晶格單元。Zn-Sn-Ag-O氧化物半導(dǎo)體和Zn-Sn-Au-O氧化物半導(dǎo)體被模擬為非晶結(jié)構(gòu)。在Zn-Sn-Ag-O氧化物半導(dǎo)體和Zn-Sn-Au-O氧化物半導(dǎo)體中，Sn原子的數(shù)量是16，O原子的數(shù)量是63，在晶胞中，Zn原子的數(shù)量以及Ag原子的數(shù)量之和或者Zn原子的數(shù)量以及Au原子的數(shù)量之和是32。因此，Zn:Sn的比是約2:1。圖5示意性圖示了根據(jù)示例性實施方式的模擬的Zn-Sn-Ag-O組合物的分子結(jié)構(gòu)。圖6示意性圖示了根據(jù)示例性實施方式的模擬的Zn-Sn-Au-O組合物的分子結(jié)構(gòu)。圖5和圖6中的Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體以及Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體分別對應(yīng)于具有包括2個Ag原子的晶胞的氧化物半導(dǎo)體和具有包括2個Au原子的晶胞的氧化物半導(dǎo)體。
[0065]圖7是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。參考圖7，當(dāng)晶胞中的Ag原子的數(shù)目增加時，Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量減小。在圖7中的圖表中，有效電子質(zhì)量的單位是電子的靜止質(zhì)量Hltl，并且電子的靜止質(zhì)量mQ為約9.llXl(T31kg。如上述，由于有效電子質(zhì)量與電子遷移率成反比，所以Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體的電子遷移率可以隨著Ag原子的數(shù)目或Ag的數(shù)量增加而升高。
[0066]圖8是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Au原子的數(shù)目的圖。參考圖8，當(dāng)晶胞中的Au原子的數(shù)目增加時，Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量可以降低至Au原子的第一數(shù)目，但是然后升高。于是，當(dāng)Au原子的數(shù)目或Au的數(shù)量增加時，Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的電子遷移率可以升高至Au原子的特定數(shù)量，然后降低。
[0067]圖9是根據(jù)示例性實施方式的比較In-Ga-Zn-Ag-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。參考圖9，當(dāng)晶胞中的Ag原子的數(shù)目增加時，In-Ga-Zn-Ag-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量可以減小至Au原子的第一數(shù)目，然后升高。因此，當(dāng)Ag原子的數(shù)目或Ag的添加量增加時，In-Ga-Zn-Ag-O半導(dǎo)體的電子遷移率可以升高至Ag原子的第一數(shù)目，然后降低。
[0068]圖10是根據(jù)示例性實施方式的比較In-Ga-Zn-Au-O半導(dǎo)體的有效電子質(zhì)量與晶胞中的Au原子的數(shù)目進(jìn)行比較的圖。參考圖10，當(dāng)晶胞中的Au原子的數(shù)目增加時，In-Ga-Zn-Au-O半導(dǎo)體中的有效電子質(zhì)量可增加。因此，當(dāng)Au的原子的數(shù)目或Au的數(shù)量增加時，In-Ga-Zn-Au-O氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率可以減小。
[0069]當(dāng)比較圖7和圖9提供的圖表時，Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體的電子遷移率可以高于In-Ga-Zn-Au-O半導(dǎo)體的電子遷移率。此外，當(dāng)比較圖8和圖10提供的圖表時，Zn-Sn-Au-O氧化物半導(dǎo)體的電子遷移率可以高于In-Ga-Zn-Au-O半導(dǎo)體的電子遷移率。
[0070]圖11是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體中的氧空位的平均形成能與晶胞中的Ag原子的數(shù)目的圖。圖12是根據(jù)示例性實施方式的比較Zn-Sn-Ag-O氧化物半導(dǎo)體中的氧空位的平均形成能與晶胞中的Au原子的數(shù)目的圖。
[0071]參照圖11和圖12，當(dāng)晶胞中的Ag原子的數(shù)目或Au原子的數(shù)目增加時，Zn-Sn-Ag-O半導(dǎo)體或Zn-Sn-Au-O半導(dǎo)體的平均氧空位形成能可減小。需注意的是，與包含Au的氧化物半導(dǎo)體相比，包含Ag的氧化物半導(dǎo)體中的氧空位的平均形成能可以進(jìn)一步下降。如上述，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體中的氧空位的形成能降低時，可以形成大量的氧空位。大量的氧空位使電子能夠更自由地移動。因此，Zn-Sn-Ag-O氧化物半導(dǎo)體和Zn-Sn-Au-O氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電率可增加，與圖11和圖12中顯示的圖表成反比。
[0072]盡管本文已經(jīng)描述特定示例性實施方式和實施，但是其它實施方式和修改將從該描述中顯而易見。因此，本發(fā)明不局限于這樣的實施方式，而是受限于所提供的權(quán)利要求的更廣范圍以及各種明顯的改變和等價布置。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管，包括: 在基板上布置的柵電極； 在所述基板上布置的柵絕緣層； 在所述基板上布置的半導(dǎo)體層，所述柵絕緣層被配置為使所述半導(dǎo)體層和所述柵電極彼此絕緣； 在所述基板上布置的源電極；以及 在所述基板上布置的漏電極， 其中所述半導(dǎo)體層包括: 鋅Zn， 錫Sn，以及 Ag和Au中的至少一種元素M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體層布置在所述柵電極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述柵電極布置在所述半導(dǎo)體層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述源電極和所述漏電極布置在所述半導(dǎo)體層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體層布置在所述源電極和所述漏電極各自的至少部分上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中M/(Zn+Sn+M)的原子比在I原子％至16原子％的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中Zn對Sn的原子比Zn:Sn在1:1至2:1的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體層中的有效電子質(zhì)量在0.220m0 至 0.244m0 的范圍內(nèi)，其中 m0=9.1lX 10】kg。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體層是η型半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述元素M是Ag。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述元素M是Au。
【文檔編號】H01L29/786GK104241391SQ201410142538
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】姜一俊, 曹煐美 申請人:三星顯示有限公司