氧化物半導(dǎo)體組成物、氧化物薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體組成物及其制備方法、薄膜晶體管及其制備方法，且 特別是有關(guān)于一種氧化物半導(dǎo)體組成物、氧化物薄膜晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著顯示科技的日益進(jìn)步，人們借著顯示器的輔助可使生活更加便利，為求顯示 器輕、薄的特性，促使平面顯示器（flatpaneldisplay，簡(jiǎn)稱：FPD)成為目前的主流。在諸 多平面顯示器中，液晶顯示器（liquidcrystaldisplay,簡(jiǎn)稱：LCD)具有高空間利用效率、 低消耗功率、無輻射以及低電磁干擾等優(yōu)越特性，因此，液晶顯示器深受消費(fèi)者歡迎。一般 而言，可通過薄膜晶體管控制液晶分子的灰階電壓進(jìn)而顯示畫面。薄膜晶體管的半導(dǎo)體層 可有效控制信號(hào)傳輸速度。
[0003] 薄膜晶體管的通道電流（Ion)主要與半導(dǎo)體層的寬度與長度的比值成正比： Ion=U*W/L(VG-Vth)VD，U:載子移動(dòng)率、W:通道寬度L:通道長度、VG:柵極電壓、Vth:臨界 電壓、以及VD:漏極電壓，因此可利用增加半導(dǎo)體層寬度的方式來提高通道電流。然而，增 加半導(dǎo)體層的寬度往往會(huì)對(duì)元件布局造成影響，例如開口率的下降。
[0004] 此外，目前可撓性面板的技術(shù)越來越受到重視。然而，由于現(xiàn)有薄膜晶體管的半導(dǎo) 體層通常是以金屬或非晶硅等延展性不佳的材料制作而成，因此將現(xiàn)有薄膜晶體管應(yīng)用于 可撓性面板時(shí)，常有薄膜晶體管產(chǎn)生裂痕而無法正常顯示畫面的問題產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種氧化物半導(dǎo)體組成物，其包括石墨烯與金屬氧化物，其所制得的 氧化物半導(dǎo)體層可提供良好的載子遷移率以及延展性。
[0006] 本發(fā)明提供一種氧化物半導(dǎo)體組成物的制備方法，其包括以下步驟?；旌辖饘傺?化物前驅(qū)物、石墨烯以及溶劑以形成氧化物半導(dǎo)體組成物，其中所述金屬氧化物前驅(qū)物與 所述溶劑構(gòu)成金屬氧化物溶液，且所述石墨烯分散于所述金屬氧化物溶液中，以所述氧化 物半導(dǎo)體組成物的總重量計(jì)，其中所述石墨烯的含量為0. 01至10重量百分比，所述金屬氧 化物前驅(qū)物的含量為0. 01至30重量百分比，所述溶劑的含量為60至99. 98重量百分比。
[0007] 本發(fā)明提供一種氧化物半導(dǎo)體組成物，其包括石墨烯、金屬氧化物以及溶劑。以氧 化物半導(dǎo)體組成物的總重量計(jì)，其中石墨烯的含量為0. 01至10重量百分比，金屬氧化物的 含量為0. 01至30重量百分比，溶劑的含量為60至99. 98重量百分比。
[0008] 本發(fā)明提供一種氧化物薄膜晶體管（oxidethinfilmtransistor,簡(jiǎn)稱：oxide TFT)的制備方法，其包括以下步驟。混合金屬氧化物前驅(qū)物、石墨烯以及溶劑以形成氧化物 半導(dǎo)體組成物，其中所述金屬氧化物前驅(qū)物與所述溶劑構(gòu)成金屬氧化物溶液，且所述石墨 烯分散于所述金屬氧化物溶液中，以所述氧化物半導(dǎo)體組成物的總重量計(jì)，其中所述石墨 烯的含量為〇. 01至10重量百分比，所述金屬氧化物前驅(qū)物的含量為〇. 01至30重量百分 t匕，所述溶劑的含量為60至99. 98重量百分比。在基底上提供氧化物半導(dǎo)體組成物，并使 氧化物半導(dǎo)體組成物固化以形成氧化物半導(dǎo)體層。形成源極、漏極以及柵極，其中氧化物半 導(dǎo)體層位于源極與柵極之間且位于漏極與柵極之間。
[0009] 本發(fā)明另提供一種氧化物薄膜晶體管，包括源極、漏極、柵極以及氧化物半導(dǎo)體 層，其中所述氧化物半導(dǎo)體層位于源極與柵極之間且位于漏極與柵極之間。氧化物半導(dǎo)體 層包括金屬氧化物層以及石墨烯，其中石墨烯分散于金屬氧化物層中。
[0010] 基于上述，以本發(fā)明的半導(dǎo)體組成物所形成的氧化物半導(dǎo)體層具有良好的載子遷 移率以及良好的延展性。如此一來，包括此氧化物半導(dǎo)體層的氧化物薄膜晶體管可具有良 好的元件特性以及元件可靠度。
[0011] 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所示附圖 作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0012] 圖1A至圖1C示出本發(fā)明一實(shí)施例的氧化物薄膜晶體管的制造流程示意圖；
[0013] 圖2示出實(shí)例1的氧化物薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3示出實(shí)例1的氧化物薄膜晶體管的漏極/源極電流對(duì)漏極/源極電壓的關(guān)系 圖；
[0015] 圖4示出實(shí)例1的氧化物薄膜晶體管的漏極/源極電流對(duì)柵極電壓的關(guān)系圖； [0016]圖5示出實(shí)例1的氧化物薄膜晶體管與現(xiàn)有的氧化物薄膜晶體管的載子遷移率對(duì) 彎折次數(shù)的關(guān)系圖；
[0017] 圖6示出實(shí)例1的氧化物薄膜晶體管、非晶硅薄膜晶體管與低溫多晶硅薄膜晶體 管的漏極輸出電流（Idd)對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)開啟電壓（Vgh)的關(guān)系圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說明；
[0019] 100、100a:氧化物薄膜晶體管；
[0020] 102 :基板；
[0021] 104 :氧化物半導(dǎo)體材料層；
[0022] 106:介電層；
[0023]G:柵極；
[0024]GI:閘絕緣層；
[0025]S:源極；
[0026] D :漏極；
[0027]SE:氧化物半導(dǎo)體層；
[0028]PV:保護(hù)層；
[0029]a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、x、y、z:曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1A至圖1C示出本發(fā)明一實(shí)施例的氧化物薄膜晶體管的制造流程示意圖。請(qǐng)參 照?qǐng)D1A，首先，在基板102上依序形成柵極G、閘絕緣層GI以及氧化物半導(dǎo)體材料層104。
[0031] 基板102包括硬質(zhì)基板或可撓式基板。硬質(zhì)基板例如是玻璃基板或其他適合的硬 質(zhì)基板。可撓式基板例如是塑膠基板或其他適合的可撓式基板。柵極G的形成方法例如是 在基板102上先形成柵極材料層。再圖案化柵極材料層以形成柵極G。柵極材料層的材料 例如是金屬、金屬氧化物或其他適合的材料。接著，在基板102上形成閘絕緣層GI。閘絕 緣層GI覆蓋基板102以及柵極G。閘絕緣層GI的材料例如是氮化硅或其他適合的絕緣材 料。
[0032] 接著，在基板102上形成氧化物半導(dǎo)體材料層104。具體而言，可將金屬氧化物前 驅(qū)物加入溶劑中，以形成金屬氧化物溶液，其例如是溶凝膠溶液（sol-gelsolution),其中 氧原子的來源可來自溶劑或空氣。再將石墨烯加入上述金屬氧化物溶液，石墨烯例如為納 米片狀物（nanosheets)，其分散于金屬氧化物溶液中以形成氧化物半導(dǎo)體組成物。在此， 石墨烯例如是先加入另一溶劑中以形成石墨烯溶液后，再將此石墨烯溶液加入上述金屬氧 化物溶液中。在制備氧化物半導(dǎo)體組成物之前，其所使用的各項(xiàng)反應(yīng)物的含量說明如下：以 氧化物半導(dǎo)體組成物的總重量計(jì)，石墨烯的含量為〇. 01至10重量百分比，金屬氧化物前驅(qū) 物的含量為〇. 01至30重量百分比，溶劑的含量為60至99. 98重量百分比。在較佳實(shí)施例 中，石墨烯的含量為0. 01至3重量百分比，金屬氧化物前驅(qū)物的含量為0. 01至5重量百分 t匕，溶劑的含量為92至99. 98重量百分比。
[0033] 在制備氧化物半導(dǎo)體組成物之后，其所含有的各項(xiàng)產(chǎn)物的含量說明如下：以氧化 物半導(dǎo)體組成物的總重量計(jì)，石墨烯的含量為〇. 01至10重量百分比，金屬氧化物的含量為 0. 01至30重量百分比，且溶劑的含量為60至99. 98重量百分比。在較佳實(shí)施例中，石墨 烯的含量為〇. 01至3重量百分比，金屬氧化物的含量為0. 01至5重量百分比，且溶劑的含 量為92至99. 98重量百分比。石墨烯分散在金屬氧化物溶液中以提供良好的載子遷移率， 且由于石墨烯的含量低于一定的程度，因此所構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體組成物仍可維持半導(dǎo)體特 性。
[0034]在本實(shí)施例中，是以先讓金屬氧化物前驅(qū)物溶液反應(yīng)形成金屬氧化物溶液后，再 將石墨烯加入金屬氧化物溶液中以形成氧化物半導(dǎo)體組成物為例說明，但本發(fā)明不限于 此。在其他實(shí)施例中，也可以同時(shí)將石墨烯、金屬氧化物前驅(qū)物以及溶劑加在一起，以使其 反應(yīng)后形成氧化物半導(dǎo)體組成物。
[0035] 接著，將氧化物半導(dǎo)體組成物涂布于基板102上。將氧化物半導(dǎo)體組成物涂布于 基板102上的方法包括旋轉(zhuǎn)涂布法或卷對(duì)卷涂布法等溶液處理方法。接著，使所述氧化物 半導(dǎo)體組成物固化以形成氧化物半導(dǎo)體材料層104。在此，固化的方式例如是加熱。以另一 角度來看，氧化物半導(dǎo)體材料層104包括金屬氧化物層以及石墨烯納米片狀物，其中石墨 烯納米片狀物分散于金屬氧化物層中。
[0036] 金屬氧化物前驅(qū)物例如是鎂氧化物前驅(qū)物、銦氧化物前驅(qū)物、鎵氧化物前驅(qū)物、 鋅氧化物前驅(qū)物、錫氧化物前驅(qū)物或上述的任意組合。鎂氧化物前驅(qū)物例如是氧化鎂 (magnesiumoxide)、醋酸緩（magnesiumacetate)或硝酸緩（magnesiumnitrate) 〇 銦氧 化物前驅(qū)物例如是氧化銦（indiumoxide)、氯化銦（indiumchloride)或硝酸銦（indium nitrate)。鎵氧化物前驅(qū)物例如是氧化鎵（galliumoxide)、氯化鎵（galliumchloride) 或硝酸鎵（galliumnitrate)。鋅氧化物前驅(qū)物例如是氧化鋅（zincoxide)、氯化鋅（zinc chloride)、醋酸鋅（zincacetate)或硝酸鋅（zincnitrate)。錫氧化物前驅(qū)物例如是 二氧化錫（Tinoxide)、氯化錫（tinchloride)、醋酸錫（tinacetate)或硝酸錫（tin nitrate)〇
[0037]溶劑包括氯苯（chlorobenzene)、正己燒（n-Hexane)、2-丙醇（2-propyl alcohol)、2_丁醇（2-butyl alcohol)、乙酸乙酯（ethyl acetate)、三氯甲燒 (trichloromethane)、二硫化碳（carbon disulfide)、乙二酉享（ethylene glycol)、2_甲氧 基乙醇（2-methoxyethanol)、二乙醇胺（diethanolamine)、氰化甲燒（acetonitrile)或上 述的任意組合。
[0038