雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管制造技術

雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管。目前國內外研究的ZnO薄膜晶體管主要采用頂柵與底柵場效應結構。一種雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，其組成包括：底襯板（1），所述的底襯板上面連接源極Ag薄膜層（2），所述的源極Ag薄膜層上面連接導電溝道ZnO薄膜層（3），所述的導電溝道ZnO薄膜層上面連接柵極半絕緣Al薄膜層（4），所述的柵極半絕緣Al薄膜層上面連接所述的導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜上層上面連接所述的漏極Ag薄膜層（5）。本實用新型專利技術用于有源矩陣有機發光顯示器的驅動單元、高密度集成電路以及其他電子電路等領域中。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管
本專利技術涉及一種雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管。
技術介紹
目前國內外研究的ZnO薄膜晶體管主要采用頂柵與底柵場效應結構。傳統的非晶硅TFT在大面積排布時表現出良好的電特性，但是它們在正偏壓工作條件下并不穩定。此夕卜，在驅動OLED顯示時，由于電荷誘導效應和亞穩態的產生，導致開啟電壓不可避免出現漂移現象。相反，低溫多晶硅TFT在驅動OLED顯示時具有良好的開啟電壓穩定性，但是不利于大面積排布，表現出不均勻性，從而限制了其應用領域。近年來國內外文獻中報道使用ZnO透明薄膜材料作為TFT的導電溝道，主要采用 頂柵和底柵結構，其驅動電壓較高，工作電流在微安量級，還不能夠充分滿足有源有機發光二極管平板顯示器所需要的毫安量級驅動電流。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種驅動電壓低，工作電流大，柵極電壓控制靈敏，具有高速、高電流密度的雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管。上述的目的通過以下的技術方案實現一種雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，其組成包括底襯板，所述的底襯板上面連接源極Ag薄膜層，所述的源極Ag薄膜層上面連接導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜層上面連接柵極半絕緣Al薄膜層，所述的柵極半絕緣Al薄膜層上面連接所述的導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜上層上面連接所述的漏極Ag薄膜層。所述的雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，所述的導電溝道ZnO薄膜層的厚度為120±20 nm，所述的柵極半絕緣Al薄膜層的厚度為20±10 nm，所述的源極Ag薄膜層的厚度為50nm。有益效果I.本專利技術是以源極與漏極金屬Ag薄膜與ZnO薄膜形成雙肖特基結、以ZnO為活性層的垂直結構的金屬氧化物半導體薄膜晶體管，具有驅動電壓低，工作電流大，柵極電壓控制靈敏，具有高速、高電流密度的特點。2.本專利技術與傳統的非晶硅、多晶硅和有機半導體TFT相比，金屬氧化物半導體TFT擁有寬帶隙、高均勻性、高穩定性以及高遷移率等優良特性，使得它們在有源矩陣OLED和LCD平板顯示器驅動電路、集成電路芯片和電子標簽中有廣泛的應用；特別在有源驅動平板電視中，隨著電視尺寸和圖像分辨率的增加，除了信號線中時間的延遲外，像素的充電時間隨之減小，因此，必須要求TFT擁有更高的電遷移率。在超高分辨率、幀速率為120Hz的平板顯示器中，要求電遷移率至少在3 cm2/VX S，而傳統的非晶硅TFT的遷移率約為O. 5 cm2/VX s，不能滿足高性能有源平板電視的要求，本產品能滿足高性能有源平板電視的要求。3.本專利技術采用的ZnO是一種無毒N型半導體材料，同時具有壓電和鐵電特性，在壓電器件、傳感器、表面聲波器件以及透明導電電極等無源和有源器件中有廣泛的應用；在用作TFT器件時，由于它的禁帶寬度在3. 2eV附近，因此，在可見光波段基本沒有光吸收效應，ZnO的電氣特性不會改變；從而在用作有源平板顯示器的驅動器件時，作為導電溝道層，并不需要額外的遮光保護層，從而提高有源矩陣顯示器件的開口率。4.本專利技術采用射頻磁控濺射法生長ZnO薄膜作為有源導電溝道層，用Al薄膜作為柵極，用Ag/ZnO/Al/ZnO/Ag疊層垂直結構的雙肖特基結TFT，得到了驅動電壓低、工作電流達到毫安量級電流的ZnO-TFT。5.本專利技術采用Keithley 4200-SCS型半導體性能測試儀測試ZnO薄膜晶體管器件的輸出特性和轉移特性。6.本專利技術利用射頻磁控濺射法生長ZnO有源層，用Al薄膜作為TFT的柵極，Ag薄膜作為TFT的漏源極，在石英玻璃襯底上制備了垂直疊層雙肖特基結構的晶體管。7.本專利技術通過控制導電溝道ZnO薄膜的厚度，獲得了性能良好的TFT靜態工作特性；器件有效面積是O. 02cm2，在柵極電壓VGS I. 0V)的情況下，控制金屬電極Ag薄膜 隧穿入ZnO薄膜的載流子數量，實現了對漏源極間電流IDS的控制；在柵極偏壓VGS=O V,VDS=3 V時，漏源極電流IDS=9. 15X10-3 A，開啟電壓Vth在I. 35V左右。8.本專利技術的TFT在低驅動電壓條件下，可以獲得較高輸出的電流，這有利于實現大面積有源發光顯示器的驅動。附圖說明附圖I是本專利技術的結構示意圖。附圖2是附圖I的ZnO-TFT直流特性測試電路圖。附圖2中漏極加電壓VDS、柵極加電壓VGS、源極接電流計A。附圖3是附圖I和附圖2的ZnO-TFT靜態直流特性測試結果圖。附圖4是附圖I和附圖2當漏源電極間電壓VDS恒定時，漏源工作電流IDS隨著柵極電壓VGS變化的轉移特性曲線圖。附圖5是附圖I和附圖2的ZnO薄膜與漏極、源極的肖特基I_V整流特性圖。具體實施方式實施例I :一種雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，其組成包括底襯板1，所述的底襯板上面連接源極Ag薄膜層2，所述的源極Ag薄膜層上面連接導電溝道ZnO薄膜層3，所述的導電溝道ZnO薄膜層上面連接柵極半絕緣Al薄膜層4，所述的柵極半絕緣Al薄膜層上面連接所述的導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜上層上面連接所述的漏極Ag薄膜層5。所述的雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，所述的導電溝道ZnO薄膜層的厚度為120±20 nm，所述的柵極半絕緣Al薄膜層的厚度為20±10 nm，所述的源極Ag薄膜層的厚度為50nm。實施例2 一種，本制作方法采用垂直疊層結構，由五層薄膜構成，分別為沉積在基底上的源極Ag薄膜，Ag薄膜上面是導電溝道ZnO薄膜，中間一層是柵極半絕緣Al薄膜，Al薄膜上面是導電溝道ZnO薄膜，最上面是漏極Ag薄膜，Ag和ZnO接觸面形成了肖特基接觸，Al和ZnO接觸面形成了歐姆接觸。所述的，基底材料為石英玻璃，源漏電極為金屬Ag薄膜，采用純度為99. 99%的Ag靶材，在真空度為6. OX 10_4Pa、氬氣流量為5. Osccm條件下利用直流磁控濺射鍍膜15s ;柵極電極為金屬Al薄膜，采用純度為99. 99%的Al靶材，利用與制備源漏電極薄膜相同的工藝條件，濺射鍍膜20s ;柵極分別與漏極和源極之間夾著有源層ZnO薄膜，使用射頻磁控濺射，濺射功率為150W，溫度為27°C，抽真空6. O X 10_4PA，氬氣流量5. Osccm,磁控室充入氬氣后磁控室的壓強I. OPa,磁控室Zn靶材輝光之后充入氧氣，氧氣流量為2. 6sccm,通入気氣和氧氣之后磁控室壓強為I. 6Pa ;預濺射10分鐘后除去Zn靶材表面的污染物，獲得的ZnO薄膜厚度為120±20nm。所述的，在源極Ag加以正向偏壓VDS時，源極金屬Ag薄膜層的電子正向注入它上面一層ZnO薄膜層，由于柵極Al和ZnO薄膜層和ZnO薄膜上層形成歐姆接觸，零偏電壓時，在上層Ag和ZnO接觸面形成的肖特基結的內建電勢作用下，使得源極注入到ZnO中的電子隧穿柵極Al，形成漏極電流；在由Ag薄膜構成的漏極和源極間加以VDS偏壓時，隨漏源極電壓增加，靠近源極一側的Ag和ZnO接觸面肖特基勢壘降低，從而越過勢壘的電子數目增多，流過漏源電極電流Ids隨之增大； 通過施加不同的柵極電壓，可以實現對漏源電流的控制。實施例3 實施例I或2所述的雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，石英玻璃襯底、Ag薄膜作為源極、ZnO薄膜、Al薄膜作為柵極、ZnO薄膜、A本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙肖特基結氧化鋅半導體薄膜晶體管，其組成包括：底襯板，其特征是：所述的底襯板上面連接源極Ag薄膜層，所述的源極Ag薄膜層上面連接導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜層上面連接柵極半絕緣Al薄膜層，所述的柵極半絕緣Al薄膜層上面連接所述的導電溝道ZnO薄膜層，所述的導電溝道ZnO薄膜上層上面連接所述的漏極Ag薄膜層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王玥，王東興，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：實用新型
國別省市：