CN107611024A - 一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于平板显示器件技术领域，公开了一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管及其制备方法。所述制备方法为：室温下用直流磁控溅射在衬底上沉积栅极，再通过阳极氧化将一部分栅极氧化成栅极绝缘层，然后在室温下通过物理气相沉积的方法溅射半导体层，最后在室温下以Ag导电墨水用喷墨打印方式打印源漏电极，退火处理后得到所述高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。本发明所述薄膜晶体管的源漏电极采用Ag导电墨水通过喷墨打印方式制备得到，这种方式不需要昂贵的仪器设备，不需要复杂的光刻掩模工艺和高真空条件，制备成本低；所得薄膜晶体管能实现电极层与半导体层的良好接触，具有高迁移率和高开关比。
Description
技术领域
本发明属于平板显示器件技术领域，具体涉及一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)，是一种用途广泛的半导体器件，其最重要的用途是在显示器中用于驱动液晶排列变化、以及驱动OLED像素发光。
薄膜晶体管通过栅极电压来控制半导体层半导体的载流子，从而实现器件的开或关态。其中薄膜晶体管中源漏电极提供电压以驱使载流子的定向移动形成电流。现有的主流制备高性能TFT电极的方法为真空磁控溅射制备，利用磁控溅射技术生长一层电极膜层，利用光刻图形化工艺，经过光刻、显影、烘烤，形成电极层引线光刻胶图形，使已经去除光刻胶的光刻胶涂层区域所对应的电极保护层的表面相应部分裸露出来；然后利用电极刻蚀液将膜层裸露部分除去，最后利用剥离覆盖在电极引出线的光刻胶，形成薄膜晶体管电极。上述方法存在制备工艺复杂的缺点。
发明内容
针对以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)室温下用直流磁控溅射在衬底上沉积栅极；
(2)通过阳极氧化将一部分栅极氧化成栅极绝缘层；
(3)室温下通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)的方法溅射半导体层，所述半导体层的材料为非晶铟镓锌氧(a-IGZO)；
(4)室温下以Ag导电墨水用喷墨打印方式打印源漏电极，退火处理后得到所述高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。
优选地，步骤(1)中所述栅极的材料为Al，栅极的厚度为300nm。
优选地，步骤(2)中所述栅极绝缘层为Al2O3。
优选地，步骤(3)中所述半导体层的厚度为25～80nm，更优选半导体层的厚度为80nm。
优选地，步骤(3)中所述物理气相沉积的方法溅射半导体层的条件为：本底真空度为5×10-5Pa，采用Ar离子轰击a-IGZO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为5％，溅射功率为80W。
优选地，步骤(3)中所述通过物理气相沉积的方法溅射半导体层后，在400℃退火处理1h。
优选地，步骤(3)中所述半导体层的宽长比为540μm/630μm。
优选地，步骤(4)中所述喷墨打印方式打印源漏电极的条件为：基板温度为50℃，盛墨卡夹温度为50℃，喷墨电压为25V，墨滴间距为25μm。
优选地，步骤(4)中所述源漏电极宽长比为100μm/550μm。
优选地，步骤(4)中所述退火处理是指在130℃退火处理8min。
一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管，通过上述方法制备得到。
本发明原理为：本发明采用Ag电极材料来实现源漏电极和半导体层良好的接触，即采用Ag导电墨水通过喷墨打印方式打印源漏电极，通过退火处理即可形成颗粒之间紧密结合的Ag电极，从而改善电极层和半导体层的接触特性，得到高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。
本发明的制备方法及所得到的薄膜晶体管具有如下优点及有益效果：
(1)本发明所述薄膜晶体管的源漏电极采用Ag导电墨水通过喷墨打印方式制备得到，能实现电极层与半导体层的良好接触，所得器件具有高迁移率和高开关比。
(2)本发明采用喷墨打印方式制备薄膜晶体管源漏电极，这种方式不需要昂贵的仪器设备，不需要复杂的光刻掩模工艺和高真空条件，制备成本低。
(3)本发明首次将此类Ag导电墨水用于制备a-IGZO TFT器件，并且通过优化半导体层和电极层工艺获得了能够媲美真空溅射Ag电极的器件性能，在喷墨打印Ag作为a-IGZO器件源漏电极中，其器件性能处于领先水平。
附图说明
图1是本发明制备的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的结构示意图，其中，01-衬底，02-栅极，03-栅极绝缘层，04-半导体层，05-源漏电极。
图2是本发明制备的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的实物图。
图3是本发明制备的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的高分辨透射电镜截面图和EDS能谱图。
图4是本发明制备的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管不同半导体层厚度的转移特性曲线对比图。
图5是本发明制备的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的输出特性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管，其结构示意图如图1所示，在衬底01上依次设置有栅极02、栅极绝缘层03、半导体层04和源漏电极05。其中源漏电极由喷墨打印方式制备。源漏电极材料为Ag导电墨水(Ink TEC-IJ-010，InkTec，Korea)，通过喷墨打印方式使其图形化，再130℃退火8min形成导电薄膜。由于其含有较少的有机物，Ag颗粒之间紧密结合，源漏电极层与半导体层之间能够形成很好的接触。
本实施例的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管通过如下方法制备：
(1)室温下用直流磁控溅射在衬底上沉积一层厚度为300nm的Al栅极；
(2)通过阳极氧化将一部分栅极氧化成栅极绝缘层；
(3)室温下通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)的方法溅射半导体层；沉积条件为：本底真空度为5×10-5Pa，采用Ar离子轰击a-IGZO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为5％，溅射功率为80W。沉积完成后，在400℃退火处理1h。半导体层的宽长比为540μm/630μm。
(4)室温下用喷墨打印方式打印源漏电极，喷墨打印墨水为Ag导电墨水(Ink TEC-IJ-010，InkTec，Korea)，喷墨打印条件为：基板温度为50℃，盛墨卡夹温度为50℃，喷墨电压为25V，墨滴间距为25μm。源漏电极宽长比为100μm/550μm。打印完成后在130℃退火处理8min，得到所述高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。
本实施例所得高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管实物图如图2所示。
图3为本实施例所得高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的高分辨透射电镜截面图和EDS能谱图，从图中可以看到Ag源漏电极层和半导体层接触良好且Ag并未向半导体层扩散。
图4是对本发明在不同半导体层厚度下薄膜晶体管的转移曲线图，从图中可以看出半导体层在厚度为80nm的时候器件性能最优，其迁移率μsat达到6.23cm2/Vs，开关比Ion/Ioff达到6.85E+07，亚阈值摆幅ss为0.37V/dec，Vth为0.88V。由于半导体层厚度增加，参与导电的载流子数量增加，故器件的开态电流增大。表1为根据图4的结果经过计算获得的参数结果。表2为对比的真空溅射Ag电极器件性能。
表1根据图4的结果获得的参数结果
表2真空溅射Ag电极器件获得的参数结果
图5为本实施例所得一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的输出曲线图，可以看出其呈现良好的半导体特性。
由以上结果可以看出，本发明采用喷墨打印方式制备Ag源漏电极，电极层与半导体层接触良，所得薄膜晶体管具有高迁移率、大开关比。其优化后的器件性能接近真空溅射Ag电极的水平。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)室温下用直流磁控溅射在衬底上沉积栅极；
(2)通过阳极氧化将一部分栅极氧化成栅极绝缘层；
(3)室温下通过物理气相沉积的方法溅射半导体层，所述半导体层的材料为非晶铟镓锌氧；
(4)室温下以Ag导电墨水用喷墨打印方式打印源漏电极，退火处理后得到所述高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管。
2.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述栅极的材料为Al，栅极的厚度为300nm；步骤(2)中所述栅极绝缘层为Al2O3。
3.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述半导体层的厚度为25～80nm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述物理气相沉积的方法溅射半导体层的条件为：本底真空度为5×10-5Pa，采用Ar离子轰击a-IGZO靶材，溅射气压为5mTorr，O2/Ar流量比为5％，溅射功率为80W。
5.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述通过物理气相沉积的方法溅射半导体层后，在400℃退火处理1h。
6.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述半导体层的宽长比为540μm/630μm。
7.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述喷墨打印方式打印源漏电极的条件为：基板温度为50℃，盛墨卡夹温度为50℃，喷墨电压为25V，墨滴间距为25μm。
8.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述源漏电极宽长比为100μm/550μm。
9.根据权利要求1所述的一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述退火处理是指在130℃退火处理8min。
10.一种高性能源漏电极印刷型薄膜晶体管，其特征在于：通过权利要求1～9任一项所述的方法制备得到。
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