專利名稱：一種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管有源層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用靜電紡絲制備金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管有源層的方法。
背景技術(shù)：
隨著信息時(shí)代的到來(lái)，顯示器正加速向平板化、節(jié)能化的方向發(fā)展，其中以薄膜晶體管(TFT)為開關(guān)的有源陣列矩陣驅(qū)動(dòng)顯示器成為眾多平板顯示技術(shù)中的佼佼者。金屬氧化物半導(dǎo)體TFT具有低溫生長(zhǎng)、高遷移率、大的電流開關(guān)比的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)又能提高顯示器的響應(yīng)速度，滿足高清晰、大容量終端顯示的要求，具有取代Si基器件成為下一代薄膜晶體管技術(shù)的可能，有很大的應(yīng)用前景。目前，用于制備金屬氧化物薄膜晶體管有緣層的方法主要有真空沉積，溶液旋涂和噴墨印刷方法。真空沉積需要較嚴(yán)格真空設(shè)備，操作復(fù)雜，而且生產(chǎn)成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。旋涂成膜容易出現(xiàn)針孔現(xiàn)象，膜不連續(xù)，對(duì)器件性能產(chǎn)生很大的影響。而噴墨印刷存在著對(duì)墨水的粘度、表面張力等物理化學(xué)性質(zhì)要求極為苛刻，同時(shí)印刷設(shè)備本身的成本高的缺陷。因此，開發(fā)一種低成本，同時(shí)能更好地改善有緣層薄膜質(zhì)量的制備方法來(lái)獲得高性能的金屬氧化物晶體管顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管有源層的制備方法，其步驟包括 A :將粘合劑、有機(jī)溶劑和含有鋅、銦、鎵或錫中至少一種元素的金屬鹽混合形成的前驅(qū)體，利用靜電紡絲技術(shù)將所述前驅(qū)體噴射至接收板上，從而形成復(fù)合納米纖維膜；B:將步驟A所獲得的復(fù)合納米纖維膜在400 800°C煅燒2 4h，從而獲得金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源層。其中，所述金屬鹽與所述粘合劑的質(zhì)量比為f 15:1飛。其中，所述金屬鹽為醋酸鋅、硝酸銦、硝酸鎵、硝酸錫或亞硝酸錫中至少一種；所述粘合劑為聚乙烯吡咯烷酮。為了讓金屬鹽及粘合劑充分混合均勻，步驟A中所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為將所述金屬鹽、粘合劑在所述有機(jī)溶劑中混合，攪拌I 4h。其中，所述有機(jī)溶劑為氯仿、乙醇、丙酮、二氯甲烷或甲苯中的一種。其中，所述粘合劑為聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙烯，聚(丁二烯-苯乙烯)，聚酰胺，聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。其中，所述電紡絲法，是在10 100KV電壓下將所述組合物噴射到接收板上。進(jìn)一步地，所述電紡絲法的工作設(shè)備包括噴絲管，所述噴絲管的管頭內(nèi)徑為
O.5 5mm ;所述噴絲管到所述接收板的距離為5 15cm。進(jìn)一步地，本發(fā)明方法適合多種結(jié)構(gòu)的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作，具體為底柵-頂接觸、底柵-底接觸、頂柵-底接觸、頂柵-頂接觸的結(jié)構(gòu)中的一種。其中，所述金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括源極和漏極，所述源極和漏極的制作方法是氣溶膠印刷法、噴 墨印刷法、磁控濺射、光刻、真空蒸鍍沉積之一。其中，所述源極和漏極的材質(zhì)是金、銀、銅或PED0T:PSS聚合物材料中的一種。有益效果本發(fā)明提供了一種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管其有源層的制作方法。通過(guò)電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模的納米尺度、高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作。同時(shí)，該制備方法要求的環(huán)境很寬松，不需要在手套箱等無(wú)水無(wú)氧環(huán)境下實(shí)施，簡(jiǎn)化了工藝，且制得的有機(jī)電子器件具有很強(qiáng)的抗水氧能力，很好地簡(jiǎn)化了有源層的制作方法，同時(shí)改善了有源層的性能，獲得高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I底柵-頂接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I有源層的制作流程圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I有源層的形貌示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2頂柵-頂接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3頂柵-底接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例4底柵-底接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)敘述。
實(shí)施例I本實(shí)施例以底柵-頂接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例。如圖I所示，這種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管從下至上依次為襯底I、柵電極2、絕緣層3、有源層5、源極4a和漏極4b。其中，有源層5的制備方法如下本實(shí)施例中采用醋酸鋅為原材料。結(jié)合圖2中的步驟SlOl至S103，本實(shí)施例有源層的制作流程在常溫(約20° C)下，首先，將I. 5g醋酸鋅溶解在IOml乙醇溶劑中，再往該溶液中加入O. 5g聚乙烯吡咯烷酮繼續(xù)攪拌Ih從而獲得醋酸鋅的前驅(qū)體。然后將上述獲得的前驅(qū)溶液置于靜電紡絲設(shè)備的噴絲管中，其中，噴絲管的管頭內(nèi)徑為O. 5mm ;同時(shí)將待沉積有源層5的絕緣層3表面作為接受板接地 ，噴絲管到接受板的距離為5cm。在IOKV電壓下通過(guò)靜電紡絲的噴絲管，將所述前驅(qū)體噴 射到接受板(即絕緣層3)表面上。在20° C-150° C下用紅外燈進(jìn)行加熱，待乙醇揮發(fā)，形成復(fù)合納米纖維膜。然后將所獲得的復(fù)合納米纖維膜置于馬弗爐中在空氣氛圍中經(jīng)400° C煅燒4h，前驅(qū)體中的醋酸鋅受熱氧化，從而獲得ZnO納米纖維膜如圖3所示，即可作為有源層5制作在氧化鋅薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。進(jìn)一步地，本實(shí)施例的襯底I為玻璃，然后依次在襯底I上制作柵電極2、絕緣層3和有源層5、源極4a和漏極4b。其中源極4a和漏極4b的制作材料為銀,通過(guò)噴墨印刷的方法制作，可形成底柵-頂接觸型的ZnO基薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。實(shí)施例2本實(shí)施例制作頂柵-頂接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖4所示。本實(shí)施例的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)為從下至上依次為襯底I、有源層5、源極4a和漏極4b、絕緣層3、柵電極2。其中，有源層5的制備方法如下本實(shí)施例中采用醋酸鋅和硝酸錫的混合物為原材料。結(jié)合圖2中的步驟SlOl至S103，本實(shí)施例有源層的制作流程在常溫(約20° C)下，首先，將0.4g醋酸鋅和0.43g硝酸錫溶解在IOml氯仿溶劑中，再往該溶液中加入O. 83g聚乙烯醇繼續(xù)攪拌2h從而獲得醋酸鋅和硝酸錫的前驅(qū)體。然后將上述獲得的前驅(qū)體置于靜電紡絲設(shè)備的噴絲管中，其中，噴絲管的管頭內(nèi)徑為O. 5mm ;同時(shí)將待沉積有源層5的表面作為接受板接地，噴絲管到接受板的距離為10cm。在15KV電壓下通過(guò)電紡絲的噴絲管，將所述混合體系噴射到接受板(即襯 底I)表面上。在20° C-150° C下用紅外燈進(jìn)行加熱，待溶劑揮發(fā)，形成復(fù)合納米纖維膜。然后將所獲得的復(fù)合納米纖維膜置于馬弗爐中在空氣氛圍中經(jīng)800° C煅燒2h從而獲得ZnSnO復(fù)合納米纖維膜，即可作為有源層5制作ZnSnO基薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。進(jìn)一步地，本實(shí)施例的襯底I為陶瓷，源極4a和漏極4b的制作材料為銀，通過(guò)噴墨印刷的方法制作在所述有源層5上方。然后依次在源極4a、漏極4b及其之間的有源層5上制作絕緣層3、柵電極2，形成頂柵-頂接觸型的ZnSnO基場(chǎng)效應(yīng)晶體管。實(shí)施例3本實(shí)施例制作頂柵-底接觸型的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖5所示。本實(shí)施例的金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)為從下至上依次為襯底I、源極4a和漏極4b、有源層5、絕緣層3、柵電極2。本實(shí)施例中采用硝酸銦為原材料。結(jié)合圖2中的步驟SlOl至S103，本實(shí)施例有源層的制作流程在常溫(約20° C)下，首先，將O. 08g硝酸銦溶解在IOml丙酮溶劑中，再往該溶液中加入O. 08g聚丙烯腈繼續(xù)攪拌2h從而獲得In2O3的前驅(qū)體。然后將上述獲得的前驅(qū)體置于靜電紡絲設(shè)備的噴絲管中。其中，噴絲管的管頭內(nèi)徑為O. 5mm ;同時(shí)將待沉積有源層5的表面作為接受板接地，噴絲管到接受板的距離為15cm。在20KV電壓下通過(guò)電紡絲的噴絲管，將所述前驅(qū)體噴射到接受板(即源極4a、漏極4b及兩者之間的襯底I)表面上。在20° C-150° C下用紅外燈進(jìn)行加熱，待溶劑揮發(fā)，形成復(fù)合納米纖維膜。然后將所獲得的復(fù)合納米纖維膜置于馬弗爐中在空氣氛圍中經(jīng)500° C煅燒3h從而獲得In2O3復(fù)合納米纖維膜，即可作為有源層5制作In2O3基薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。進(jìn)一步地，本實(shí)施例的襯底I為硅，源極4a和漏極4b的制作材料為銅，通過(guò)磁控噴射工藝制作在所述襯底I上方。然后依次在源級(jí)、漏極4b及其之間的襯底I上制作有源層5、絕緣層3、柵電極2，形成頂柵-底接觸型的In2O3基場(chǎng)效應(yīng)晶體管。實(shí)施例4本實(shí)施例制作底柵-頂接觸型的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖6所示。本實(shí)施例的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)為從下至上依次為襯底I、柵電極2、絕緣層3、有源層5、源極4a和漏極4b。本實(shí)施例中采用硝酸鎵為原材料。結(jié)合圖2中的步驟SlOl至S103，本實(shí)施例有源層的制作流程在常溫(約20° C)下，首先，將I. 56g硝酸鎵溶解在IOml 二氯甲烷溶劑中，再往該溶液中加入O. 78g聚甲基丙烯酸甲酯中繼續(xù)攪拌3h從而獲得Ga2O3的前驅(qū)體。然后將上述獲得的前驅(qū)體置于靜電紡絲設(shè)備的噴絲管中。其中，噴絲管的管頭內(nèi)徑為
O.5mm ;同時(shí)將待沉積有源層5的表面作為接受板接地，噴絲管到接受板的距離為15cm。在20KV電壓下通過(guò)電紡絲的噴絲管，將所述混合體系噴射到接受板(即絕緣層3)表面上。在20° C-150° C下用紅外燈進(jìn)行加熱，待溶劑揮發(fā)，形成復(fù)合納米纖維膜。然后將所獲得的復(fù)合納米纖維膜置于馬弗爐中在空氣氛圍中經(jīng)600° C煅燒I. 5h從而獲得Ga2O3復(fù)合納米纖維膜，即可作為有源層5制作Ga2O3基薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。進(jìn)一步地，本實(shí)施例襯底I為塑料，在塑料襯底I上依次制作柵電極2、絕緣層3、源極4a和漏極4b、以及有源層5。其中源極4a和漏極4b的制作材料為PEDOT:PSS聚合物，通過(guò)光刻工藝制作在所述有源層5上方，形成底柵-頂接觸型的Ga2O3薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在其他實(shí)施例中，控制所述金屬鹽與粘合劑的質(zhì)量比在f 15:廣5的范圍內(nèi)。配制 前驅(qū)體的攪拌時(shí)間需要廣4小時(shí)；所述靜電紡絲法工作電壓控制在10 100KV，其噴絲管的管頭內(nèi)徑為O. 5 5mm ;噴絲管到所述接收板的距離為5 15cm，煅燒前驅(qū)體的溫度控制在40(T80(TC，反應(yīng)時(shí)間在I. 5 4小時(shí)之間。在上述參數(shù)范圍內(nèi)制作的有源層均能到較好的質(zhì)量和性能。另外，這種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源層制作，襯底的材質(zhì)為玻璃、陶瓷、硅、塑料中的至少一種；源極、漏極的材質(zhì)為金、銀、銅、PED0T:PSS聚合物中至少一種；且源極、漏極的制作方法是氣溶膠印刷法、噴墨印刷法、磁控濺射、光刻或真空蒸鍍沉積法
之一 O本發(fā)明公開了一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，通過(guò)電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低成本、大規(guī)模納米尺度高金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的大規(guī)模制作。同時(shí)，該制備方法要求的環(huán)境很寬松，不需要在手套箱等無(wú)水無(wú)氧環(huán)境下實(shí)施，簡(jiǎn)化了工藝，很好的改善了有源層膜的制備方法。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管有源層的制備方法，其特征在于，其步驟包括 A :將粘合劑、有機(jī)溶劑和含有鋅、銦、鎵或錫中至少一種元素的金屬鹽混合形成的前驅(qū)體，利用靜電紡絲技術(shù)將所述前驅(qū)體噴射至接收板上形成復(fù)合納米纖維膜； B:將步驟A所獲得的復(fù)合納米纖維膜在400 800°C煅燒2 4h，從而獲得金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽與所述粘合劑的質(zhì)量比為I 15:1 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述有源層的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽為醋酸鋅、硝酸銦、硝酸鎵、硝酸錫或亞硝酸錫中至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，步驟A中所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為將所述金屬鹽、粘合劑在所述有機(jī)溶劑中混合，攪拌I 4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為氯仿、乙醇、丙酮、二氯甲烷或甲苯中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述粘合劑為聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙烯，聚(丁二烯-苯乙烯)，聚酰胺，聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述電紡絲法，是在10 100KV電壓下將所述組合物噴射到接收板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述電紡絲法的工作設(shè)備包括噴絲管，所述噴絲管的管頭內(nèi)徑為O. 5 5mm ;所述噴絲管到所述接收板的距離為5 15cm0
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管為底柵-頂接觸、底柵-底接觸、頂柵-底接觸、頂柵-頂接觸的結(jié)構(gòu)中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述有源層的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括源極和漏極，所述源極和漏極的制作方法是氣溶膠印刷法、噴墨印刷法、磁控濺射、光刻、真空蒸鍍沉積之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述有源層的制備方法，其特征在于，所述源極和漏極的材質(zhì)是金、銀、銅或PEDOT: PSS聚合物材料中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子材料制作領(lǐng)域，尤其是指一種金屬氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管有源層的制備方法，其步驟包括A將由金屬鹽、粘合劑和有機(jī)溶劑形成的前驅(qū)體，利用靜電紡絲技術(shù)將所述前驅(qū)體噴射至接收板上；B:將步驟A所述的前驅(qū)體置于馬弗爐中400～800℃煅燒2～4h。本發(fā)明通過(guò)電紡絲技術(shù)制備的有源層實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模的納米尺度、高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作。該制備方法要求的環(huán)境很寬松，不需要在手套箱等無(wú)水無(wú)氧環(huán)境下實(shí)施，簡(jiǎn)化了工藝，且制得的有機(jī)電子器件具有很強(qiáng)的抗水氧能力，很好地簡(jiǎn)化了有源層的制作方法，同時(shí)改善了有源層的性能，獲得高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102867756SQ201210366188
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者潘革波, 肖燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所