降低溶液法成膜退火溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體薄膜制備方法，特別是涉及一種溶液法制備氧化物半導(dǎo)體薄膜的方法，應(yīng)用于液晶顯示以及有機(jī)發(fā)光二極管有源驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，透明氧化物薄膜晶體管作為液晶顯示以及有機(jī)發(fā)光二極管有源驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)器件，得到了廣泛的研究。真空方法制備氧化物薄膜晶體管已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化，但是其制造設(shè)備昂貴，成本高等因素?zé)o法滿足未來(lái)日益發(fā)展的需求。因此，打印，絲網(wǎng)印刷，溶液旋涂等簡(jiǎn)單制備氧化物薄膜晶體管的方法開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。其中，基于溶液旋涂的方法由于其成本低，溶質(zhì)成分易于控制，可低溫制備，易于柔性和大面積集成得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]目前溶液法制備的有源層主要有氧化鋅(ZnO)，氧化錫(SnO2)，氧化錫銦(ZTO)，氧化銦鋅(IZO)，氧化銦鎵鋅(IGZO)，氧化鋅銦錫(ZITO)，氧化鉿銦鋅(HIZO)等。溶液法制備的絕緣層主要有氧化鋁(Al2O3),氧化鋯(ZrO2),氧化鉿(HfO2)以及各種高介電常數(shù)的混合氧化物。但是溶液法制備有源層和絕緣層薄膜往往需要進(jìn)行高溫退火，使其溶劑揮發(fā)和形成致密的氧化物，而高溫退火不利于柔性基板的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種降低溶液法成膜退火溫度的方法，來(lái)制備溶膠，作為氧化物半導(dǎo)體薄膜，應(yīng)用于半導(dǎo)體薄膜與器件領(lǐng)域。本發(fā)明在配制有源層或絕緣層溶液中加入適量的過(guò)氧化氫叔丁醇溶液，來(lái)降低成膜的退火溫度，尤其適合應(yīng)用于基于柔性基板的半導(dǎo)體器件的制備。
[0005]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案:
一種降低溶液法成膜退火溫度的方法，包括如下步驟:
a.按照溶質(zhì)金屬化合物和有機(jī)溶劑的混合摩爾比，將溶質(zhì)金屬化合物溶解于有機(jī)溶劑中，進(jìn)行混合，攪拌，待混合溶液澄清后，得到前驅(qū)體溶液;有機(jī)溶劑優(yōu)選采用乙二醇甲醚或者乙醇;配制前驅(qū)體溶液優(yōu)選作為制備氧化物半導(dǎo)體薄膜的有源層溶液或絕緣層溶液；前驅(qū)體溶液優(yōu)選為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意一種金屬材料溶液或任意幾種混合金屬材料溶液，或者優(yōu)選為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意一種金屬絡(luò)合物溶液或任意幾種混合金屬絡(luò)合物的溶液，或者有選為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意幾種金屬材料溶液和任意幾種混合金屬絡(luò)合物的混合溶液;對(duì)混合溶液進(jìn)行加熱制備溶膠時(shí)，優(yōu)選采用的加熱方法為在70°C的水浴條件下加熱I?3小時(shí)。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明方法能明顯降低基于溶液法成膜的有源層和絕緣層的成膜溫度；
2.本發(fā)明方法適用性廣，任何基于有機(jī)溶劑的前驅(qū)體溶液中都可通過(guò)加入過(guò)氧化氫叔丁醇溶液，并能形成溶膠； 3.本發(fā)明方法能制備絕緣層溶液為Al 203，ZrO2，Hf O2等高k介電常數(shù)材料溶液以及基于高k材料的摻雜溶液。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一降低溶液法成膜退火溫度的方法的流程圖。
[0008]圖2是對(duì)比例制備的ZITO溶液的熱重分析結(jié)果圖。
[0009]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一制備的加入過(guò)氧化氫叔丁醇的ZITO溶液的熱重分析結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
在本實(shí)施例中，以制備ZITO溶液為例，參見(jiàn)圖1和圖3，一種降低溶液法成膜退火溫度的方法，包括如下步驟:
a.按照氧化鋅銦錫(ZITO)基金屬化合物溶質(zhì)和乙二醇甲醚溶劑的混合摩爾比，將ZITO溶解于乙二醇甲醚溶劑中，即按錫、銦和鋅的摩爾比為4:4:1的比例分別稱量五水合四氯化錫、氯化銦和二水合醋酸鋅，然后將個(gè)溶質(zhì)物質(zhì)依次倒入50mL的乙二醇甲醚溶劑中，然后進(jìn)行磁力攪拌，待上述溶液攪拌至澄清后，獲得摩爾濃度為0.3 mol/L的混合均勻的前驅(qū)體溶液；
b.然后向在所述步驟a中制備的前驅(qū)體溶液中加入一定的單乙醇胺，使混合后的溶液中離子濃度與單乙醇胺的摩爾比為I: I;再按照在步驟a中制備的前驅(qū)體溶液與過(guò)氧化氫叔丁醇的摩爾比為1:1的混合比例，向混合溶液中加入一定的過(guò)氧化氫叔丁基，最后將配置好的混合溶液進(jìn)行水浴加熱70°C并保持3小時(shí)后，形成加入過(guò)氧化氫叔丁醇的ZITO溶液，制成氧化鋅銦錫(ZITO)基溶膠。
[0011]對(duì)比例:
在本對(duì)比例中，以制備ZITO溶液為例，參見(jiàn)圖2，一種降低溶液法制備成膜溶液的方法，包括如下步驟:
按照氧化鋅銦錫(ΖΙΤ0)基金屬化合物溶質(zhì)和乙二醇甲醚溶劑的混合摩爾比，將ZITO溶解于乙二醇甲醚溶劑中，即按錫、銦和鋅的摩爾比為4:4:1的比例分別稱量五水合四氯化錫、氯化銦和二水合醋酸鋅，然后將個(gè)溶質(zhì)物質(zhì)依次倒入50mL的乙二醇甲醚溶劑中，然后進(jìn)行磁力攪拌，待上述溶液攪拌至澄清后，獲得摩爾濃度為0.3 mol/L的混合均勻的前驅(qū)體溶液，最后將配置好的前驅(qū)體溶液進(jìn)行水浴加熱70°C并保持3小時(shí)后，形成ZITO溶液，制成氧化鋅銦錫(ZITO)溶膠。
[0012]如圖2所示，未加入過(guò)氧化氫叔丁醇的ZITO溶液的熱重分析結(jié)果顯示最終的成膜溫度在362°C左右；如圖3所示，加入過(guò)氧化氫叔丁醇的ZITO溶液的熱重分析結(jié)果顯示最終的成膜溫度在335°C左右，成膜溫度降低約27°C。在配制有源層或絕緣層溶液中加入適量的過(guò)氧化氫叔丁醇溶液，能明顯降低成膜的退火溫度。
[0013]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明降低溶液法成膜退火溫度的方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于，包括如下步驟: a.按照溶質(zhì)金屬化合物和有機(jī)溶劑的混合摩爾比，將溶質(zhì)金屬化合物溶解于有機(jī)溶劑中，進(jìn)行混合，攪拌，待混合溶液澄清后，得到前驅(qū)體溶液； b.然后按照在所述步驟a中制備的前驅(qū)體溶液與過(guò)氧化氫叔丁醇的摩爾比<1:1的混合比例，在前驅(qū)體溶液中加入過(guò)氧化氫叔丁醇，配制成混合溶液，然后將混合溶液進(jìn)行加熱，制成溶膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于:在所述步驟b中，所述過(guò)氧叔丁醇的分子式為(CH3)3COOH, CAS號(hào)為75-91-2。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于:在所述步驟a中，所述有機(jī)溶劑為乙二醇甲醚或者乙醇。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于:在所述步驟a中，配制前驅(qū)體溶液作為制備氧化物半導(dǎo)體薄膜的有源層溶液或絕緣層溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于:在所述步驟a中，所述前驅(qū)體溶液為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意一種金屬材料溶液或任意幾種混合金屬材料溶液，或者為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意一種金屬絡(luò)合物溶液或任意幾種混合金屬絡(luò)合物的溶液，或者為鋅、錫、銦、鎵、鋯、鋁和鉿中的任意幾種金屬材料溶液和任意幾種混合金屬絡(luò)合物的混合溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述降低溶液法成膜退火溫度的方法，其特征在于:在所述步驟b中，對(duì)混合溶液進(jìn)行加熱制備溶膠時(shí)，采用的加熱方法為在700C的水浴條件下加熱I?3小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種降低溶液法成膜退火溫度的方法，首先按照溶質(zhì)金屬化合物和有機(jī)溶劑的混合摩爾比，將溶質(zhì)金屬化合物溶解于有機(jī)溶劑中，進(jìn)行混合，攪拌，待混合溶液澄清后，得到前驅(qū)體溶液；然后按照在所述步驟a中制備的前驅(qū)體溶液與過(guò)氧化氫叔丁醇的摩爾比≤1:1的混合比例，在前驅(qū)體溶液中加入過(guò)氧化氫叔丁醇，配制成混合溶液，然后將混合溶液進(jìn)行加熱，制成溶膠。本發(fā)明用來(lái)制備溶膠，作為氧化物半導(dǎo)體薄膜，應(yīng)用于半導(dǎo)體薄膜與器件領(lǐng)域。本發(fā)明在配制有源層或絕緣層溶液中加入適量的過(guò)氧化氫叔丁醇溶液，來(lái)降低成膜的退火溫度，尤其適合應(yīng)用于基于柔性基板的半導(dǎo)體器件的制備。
【IPC分類】H01L21/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105679649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610022919
【發(fā)明人】李喜峰, 許云龍, 高婭娜, 董盼盼, 岳致富
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日