CN108231907A - 一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜晶体管技术领域，公开了一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管及其制备方法。所述薄膜晶体管由依次层叠的玻璃衬底、ITO栅极、Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层、Al2O3半导体修饰层以及两侧的源漏电极构成，所述Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极，所述源漏电极由内至外依次具有AZO/Al/AZO/Al/AZO的五层堆叠结构，源漏电极最内层与Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3半导体修饰层两侧均接触。本发明的源漏电极为AZO/Al/AZO/Al/AZO五层堆叠结构，能够降低薄膜的接触电阻率并实现高透光性。
Description
技术领域
本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
目前将室温制备的纯AZO(掺铝的氧化锌)材料应用在TFT的源漏电极中主要面临的困难是AZO的电阻率较高，且作为TFT源漏电极的接触电阻很高，无法实现TFT器件的高性能。
现已有解决上述问题的技术主要是通过在AZO之间***一层超薄Ag金属层，该金属层为薄膜提供了大量的电子，该三明治结构的薄膜可以实现电阻率的大幅度降低(ParkH K,Kang J W,Na S I,et al.Characteristics of indium-free GZO/Ag/GZO and AZO/Ag/AZO multilayer electrode grown by dual target DC sputtering at roomtemperature for low-cost organic photovoltaics[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2009,93(11):1994-2002；Sutthana S,Hongsith N,Choopun S.AZO/Ag/AZOmultilayer films prepared by DC magnetron sputtering for dye-sensitized solarcell application[J].Current Applied Physics,2010,10(3):813-816.)。
上述技术虽然能室温制备出具有一定透明度且低电阻率的薄膜，但是其中间的夹层超薄金属是Ag材料。Ag为贵重金属，其资源稀缺、成本高。三明治结构的AZO/Ag/AZO叠层薄膜在产业化的推进过程中会因为成本因素而受到阻碍。此外，AZO/Ag/AZO薄膜没有进行接触电阻等条件的优化，暂时没有实现在透明TFT的源漏电极上的应用。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管。
本发明的另一目的在于提供上述具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，由依次层叠的玻璃衬底、ITO(氧化铟锡)栅极、Si3N4栅极绝缘层、IGZO(铟镓锌氧化物)半导体层、Al2O3半导体修饰层以及两侧的源漏电极构成，所述Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极，所述源漏电极由内至外依次具有AZO/Al/AZO/Al/AZO的五层堆叠结构，源漏电极最内层与Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3半导体修饰层两侧均接触。
进一步地，所述ITO栅极的厚度为80～100nm，Si3N4栅极绝缘层的厚度为200～300nm，IGZO半导体的厚度为9～10nm，Al2O3半导体修饰层的厚度为3～4nm。
进一步地，所述源漏电极中每层AZO层的厚度为20～30nm，每层Al层的厚度为4～6nm；优选每层AZO层的厚度为20nm，每层Al层的厚度为5nm。
上述具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将玻璃衬底经清洗、烘干；
(2)在玻璃衬底上表面采用PECVD(等离子增强化学气相沉积)方法制备一层ITO栅极，然后采用PECVD方法制备一层Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极；
(3)采用脉冲直流磁控溅射在Si3N4栅极绝缘层上表面沉积一层IGZO半导体层；
(4)采用射频磁控溅射在IGZO半导体层上表面沉积一层Al2O3半导体修饰层；
(5)依次沉积AZO/Al/AZO/Al/AZO源漏电极，所述源漏电极覆盖Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3半导体修饰层两侧，所述源漏电极中AZO层采用射频磁控溅射沉积，Al层采用直流磁控溅射沉积。
优选地，步骤(1)中所述的清洗是指依次用去离子水和异丙醇超声清洗，所述的烘干是指在80～85℃温度下烘干。
优选地，步骤(3)中所述脉冲直流磁控溅射的沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气的体积比为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs。
优选地，步骤(4)中所述射频磁控溅射的沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气的体积比为100:0。
优选地，步骤(5)中所述射频磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为80W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:2；所述直流磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为100W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:0。
本发明的制备方法及所得薄膜晶体管具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的源漏电极通过在AZO层之间设置Al层，降低薄膜的接触电阻率。
(2)通过精确控制Al层的厚度，且源漏电极为AZO/Al/AZO/Al/AZO五层堆叠结构，能够有效降低中间Al层对于光的吸收和反射，从而实现AZO/Al/AZO/Al/AZO薄膜的高透光性。
(3)本发明的源漏电极AZO/Al/AZO/Al/AZO在室温下制备，不需要退火及其他任何热处理，且源漏电极与半导体沟道层接触电阻低，实现了欧姆接触，极大地提高了TFT的器件性能。
(4)本发明的源漏电极AZO/Al/AZO/Al/AZO在室温下制备，其Al便宜无毒，具有无毒、低成本的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的层叠结构示意图；图中编号说明如下：01-玻璃衬底，02-ITO栅极，03-Si3N4栅极绝缘层，04-IGZO半导体层，05-Al2O3半导体修饰层，06-源漏电极，06-1-AZO层，06-2-Al层。
图2为本发明实施例的AZO/Al/AZO/Al/AZO源漏电极薄膜的透射光谱图。
图3为本发明实施例的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的输出特性曲线图。
图4为本发明实施例的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的转移特性曲线图。
图5为本发明实施例的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管在波长为300nm～800nm的透射光谱图。
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
本实施例的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，其层叠结构示意图如图1所示。由依次层叠的玻璃衬底01、ITO栅极02、Si3N4栅极绝缘层03、IGZO半导体层04、Al2O3半导体修饰层05以及两侧的源漏电极06构成，所述Si3N4栅极绝缘层03完全覆盖ITO栅极02，所述源漏电极06由内至外依次具有AZO/Al/AZO/Al/AZO的五层堆叠结构，源漏电极06最内层与Si3N4栅极绝缘层03、IGZO半导体层04和Al2O3半导体修饰层05两侧均接触。
本实施例具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管通过如下方法制备得到：
(1)将玻璃衬底依次用去离子水和异丙醇超声清洗10min、然后将清洗过的基底放入烘箱中，在80～85℃下烘干；
(2)在玻璃衬底上表面采用PECVD方法制备一层厚度为100nm的ITO栅极，然后采用PECVD方法制备一层厚度为200nm的Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极；
(3)采用脉冲直流磁控溅射在Si3N4栅极绝缘层上表面沉积一层9.5nm厚的IGZO半导体层，其沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs；
(4)采用射频磁控溅射在IGZO半导体层上表面沉积一层3.5nm厚的Al2O3半导体修饰层，其沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:0；
(5)依次沉积AZO/Al/AZO/Al/AZO源漏电极，每层AZO层的厚度为20nm，每层Al层的厚度为5nm，所述源漏电极覆盖Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3层两侧，所述源漏电极中AZO层采用射频磁控溅射沉积，沉积的工艺参数如下：溅射功率为80W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:2；Al层采用直流磁控溅射沉积，沉积的工艺参数如下：溅射功率为100W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:0。
本实施例的AZO/Al/AZO/Al/AZO源漏电极薄膜(在玻璃衬底上依次沉积AZO/Al/AZO/Al/AZO五层堆叠结构薄膜)的透射光谱图如图2所示。由图2结果可以看出，该堆叠薄膜在可见光区的平均透光率为82.64％。测试其电阻率为6.64×10-5Ω·m。
本实施例所得薄膜晶体管的输出特性曲线图和转移特性曲线图分别如图3和图4所示。可以得出该TFT的饱和迁移率μsat为3.2cm2/Vs，开关比Ion/Ioff为1.59×106，开启电压Von为-0.75V，亚阈值摆幅SS为1.05V/decade。并且该TFT的源漏电极与有源层沟道的接触电阻为0.29MΩ。
本实施例所得薄膜晶体管在波长为300nm～800nm的透射光谱图如图5所示。从图中可以得出该TFT器件在可见光区的平均透过率高达72.5％。
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 (9)
1.一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，其特征在于：由依次层叠的玻璃衬底、ITO栅极、Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层、Al2O3半导体修饰层以及两侧的源漏电极构成，所述Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极，所述源漏电极由内至外依次具有AZO/Al/AZO/Al/AZO的五层堆叠结构，源漏电极最内层与Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3半导体修饰层两侧均接触。
2.根据权利要求1所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，其特征在于：所述ITO栅极的厚度为80～100nm，Si3N4栅极绝缘层的厚度为200～300nm，IGZO半导体的厚度为9～10nm，Al2O3半导体修饰层的厚度为3～4nm。
3.根据权利要求1所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，其特征在于：所述源漏电极中每层AZO层的厚度为20～30nm，每层Al层的厚度为4～6nm。
4.根据权利要求3所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管，其特征在于：所述源漏电极中每层AZO层的厚度为20nm，每层Al层的厚度为5nm。
5.权利要求1～4任一项所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)将玻璃衬底经清洗、烘干；
(2)在玻璃衬底上表面采用PECVD方法制备一层ITO栅极，然后采用PECVD方法制备一层Si3N4栅极绝缘层完全覆盖ITO栅极；
(3)采用脉冲直流磁控溅射在Si3N4栅极绝缘层上表面沉积一层IGZO半导体层；
(4)采用射频磁控溅射在IGZO半导体层上表面沉积一层Al2O3半导体修饰层；
(5)依次沉积AZO/Al/AZO/Al/AZO源漏电极，所述源漏电极覆盖Si3N4栅极绝缘层、IGZO半导体层和Al2O3半导体修饰层两侧，所述源漏电极中AZO层采用射频磁控溅射沉积，Al层采用直流磁控溅射沉积。
6.根据权利要求5所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的清洗是指依次用去离子水和异丙醇超声清洗，所述的烘干是指在80～85℃温度下烘干。
7.根据权利要求5所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述脉冲直流磁控溅射的沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气的体积比为100:5，施加脉冲为10KHz、10μs。
8.根据权利要求5所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述射频磁控溅射的沉积工艺参数如下：溅射功率为120W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气的体积比为100:0。
9.根据权利要求5所述的一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述射频磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为80W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:2；所述直流磁控溅射沉积的工艺参数如下：溅射功率为100W，溅射气压为1mtorr，氩气与氧气比例为100:0。
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| CN201810072557.4A CN108231907A (zh) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | 一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管及其制备方法 |
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| CN201810072557.4A Pending CN108231907A (zh) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | 一种具有全铝透明源漏电极的透明薄膜晶体管及其制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109449199A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-03-08 | 华南理工大学 | 一种全铝透明栅极薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN112233833A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-15 | 山东大学 | 一种柔性透明电极及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1564324A (zh) * | 2004-03-31 | 2005-01-12 | 浙江大学 | 一种ZnO基透明薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN103594498A (zh) * | 2013-12-03 | 2014-02-19 | 北京理工大学 | 一种透明导电薄膜 |
| CN105870173A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-17 | 贵州民族大学 | 一种柔性全透明非晶氧化物薄膜晶体管及其制备方法 |
-
2018
- 2018-01-25 CN CN201810072557.4A patent/CN108231907A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| Title |
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| CN112233833A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-15 | 山东大学 | 一种柔性透明电极及其制备方法 |
| CN112233833B (zh) * | 2020-10-13 | 2022-06-24 | 山东大学 | 一种柔性透明电极及其制备方法 |
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