高遷移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高遷移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管，其特征在于，包括：由下到上依次設(shè)置的襯底、底柵電極、高k柵介質(zhì)層、石墨烯、氧化鋅籽晶層、氧化鋅納米棒和源漏電極。本發(fā)明還提供一種高遷移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、清洗襯底；步驟二、在襯底上制作底柵電極；步驟三、在底柵電極上沉積柵介質(zhì)；步驟四、制備石墨烯；步驟五、將石墨烯轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上；步驟六、在石墨烯上沉積氧化鋅籽晶層；步驟七、在氧化鋅籽晶層上進行氧化鋅納米棒生長；步驟八、在氧化鋅納米棒的頂端制作源漏電極。本發(fā)明的高遷移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管具有高遷移率的特點。
【專利說明】
高遷移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管，本發(fā)明還涉及該高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜晶體管目前主要應(yīng)用于驅(qū)動液晶顯示器和有機發(fā)光二極管顯示器的子像素。隨著半導體工藝水平的不斷提高、像素尺寸不斷減小，顯示屏的分辨率也越來越高，因此對薄膜晶體管的迀移率提出了更加苛刻的要求。從低溫非晶硅到氧化物半導體再到低溫多晶硅技術(shù)，薄膜晶體管的迀移率已經(jīng)取得了很大提高。
[0003]同時，隨著柔性顯示技術(shù)的發(fā)展，對低成本、高透光、可拉伸的晶體管材料和低溫制備工藝也提出了更高要求。但是，金屬氧化物半導體，例如ZnO、IGZO等，雖然迀移率相對于非晶硅已經(jīng)有了一定提高，但是其還不能完全滿足高分辨率手機和平板顯示屏的要求，因此進一步提高迀移率是提高薄膜晶體管性能的一個重要方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管，本發(fā)明提供的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管，包括:由下到上依次設(shè)置的襯底、底柵電極、高k柵介質(zhì)層、石墨烯、氧化鋅籽晶層、氧化鋅納米棒和源漏電極。
[0005]本發(fā)明還提供上述高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0006]—、清洗襯底；
[0007]二、底柵電極的制作；
[0008]三、柵介質(zhì)沉積；
[0009]四、制備石墨烯；
[0010]五、轉(zhuǎn)移石墨烯；
[0011 ] 六、氧化鋅籽晶層沉積；
[0012]七、氧化鋅納米棒生長；
[0013]八、源漏電極制作。
[0014]步驟一中的襯底可以是玻璃、石英等透明襯底，也可以是熱氧化硅片，還可以是PET, PI等塑料柔性襯底。
[0015]上述步驟二中底柵電極制作過程為:涂膠、光刻并顯影；沉積金屬電極；去膠。
[0016]上述步驟三中柵介質(zhì)沉積可采用原子層沉積技術(shù)，可沉積氧化鋁或氧化鉿等高k介質(zhì)材料。
[0017]沉積氧化鋁的具體條件為反應(yīng)腔室溫度80-300°C、反應(yīng)源為三甲基鋁(TMA)和水，兩者溫度均為室溫。
[0018]沉積氧化鉿的具體條件為反應(yīng)腔室溫度80-300°C、反應(yīng)源為四(乙基甲胺基)鉿(TEMAH)和水蒸汽。水蒸汽的溫度為室溫，四(乙基甲胺基)鉿需加熱到80°C使用。
[0019]如果步驟三中采用氧化鋁作為柵介質(zhì)，過程如下:首先通入TMA，TMA的流量是50-300sccm(standard-state cubic centimeter per minute,意義為:標準毫升每分鐘)，持續(xù)時間為0.1-2秒；然后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1-10秒；之后通入水蒸汽，水蒸汽的流量50-300sccm，持續(xù)時間為0.1_2秒，最后通過惰性氣體，持續(xù)時間1_10秒。重復此過程，進行多個循環(huán)。
[0020]如果步驟三中采用氧化鉿作為柵介質(zhì)，過程為:首先通入TEMAH流量是50-300sccm，持續(xù)時間為1_5秒；然后通入惰性氣體吹洗，持續(xù)時間為1_10秒；之后通入水蒸汽，流量是50-300SCCm，持續(xù)時間為0.1-2秒，最后通過惰性氣體吹洗，持續(xù)時間1_10秒。重復此過程，進行多個循環(huán)。
[0021]上述步驟三中柵介質(zhì)厚度通過控制反應(yīng)循環(huán)的數(shù)量來控制薄膜的厚度，其厚度在5-50納米。50個循環(huán)，對應(yīng)5納米；500個循環(huán)，對應(yīng)50納米。
[0022]上述步驟四中的石墨烯通過低壓化學氣相沉積的方法在銅片上制備。具體過程為:將銅片放在反應(yīng)腔中，抽到真空后通入氫氣，氣流量為10-50sCCm，把腔體加熱到800-11000C ;待溫度升到后同時通入甲烷和氫氣，氣流量均為10-50SCCm，并反應(yīng)5_30分鐘；降溫并保持甲烷和氫氣的氣流；溫度降到室溫后關(guān)閉甲烷和氫氣的氣流，使用惰性氣體吹洗過后，將氣壓升到大氣壓；取出樣品。惰性氣體優(yōu)選氬氣。
[0023]上述步驟五中轉(zhuǎn)移石墨烯步驟包括；將石墨烯上表面涂上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等粘附層；將石墨烯和銅片一起轉(zhuǎn)移到三氯化鐵水溶液或硫酸銅溶液中，溶液中需加入適量鹽酸，腐蝕掉銅片；將石墨烯和粘附層撈起并轉(zhuǎn)移到清水中，并將銅殘留清洗干凈；將石墨烯和粘附層轉(zhuǎn)移到襯底上；用丙酮或去膠液等將粘附層去除。
[0024]上述步驟六中氧化鋅籽晶層的沉積可采用原子層沉積技術(shù)。沉積氧化鋅的具體條件為:反應(yīng)腔室溫度80-220°C、反應(yīng)源為二乙基鋅(DEZn)和水蒸汽(H2O)，二乙基鋅和水均為室溫。
[0025]上述步驟六中沉積氧化鋅過程一個循環(huán)步驟為:首先通入DEZn，流量是50-300SCCm，持續(xù)時間為0.1-2秒；然后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1_10秒；之后通入水蒸汽，持續(xù)時間為0.1-2秒，最后通過惰性氣體，持續(xù)時間1-10秒。
[0026]上述步驟六中氧化鋅籽晶層厚度通過控制反應(yīng)循環(huán)的數(shù)量來控制薄膜的厚度。一般為20納米，對應(yīng)100次循環(huán)。
[0027]上述步驟七中氧化鋅納米棒的生長通過水熱法來生長，具體為:配置硝酸鋅和六亞甲基四胺溶液，濃度均為0.025m mo I/L ;將襯底和溶液移入反應(yīng)釜，80°C恒溫生長8_16小時。
[0028]上述步驟八中源漏電極制作過程為:涂膠、光刻并顯影，沉積金屬電極，去膠。
[0029]本發(fā)明的有益效果
[0030]由于本發(fā)明所提供的方法所制得的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管中具有石墨烯，同時石墨烯上生長有氧化鋅納米棒，使得本發(fā)明的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管具有高迀移率的特點。
【附圖說明】
[0031]圖1是襯底清洗后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是制作底柵電極后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是沉積柵介質(zhì)材料后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是轉(zhuǎn)移上石墨烯之后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是生長氧化鋅籽晶層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6是生長上氧化鋅納米棒之后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖7是制作上源漏電極后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖8是為轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上的石墨烯的拉曼光譜圖；
[0039]圖9是在石墨烯上生長后的氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0041]需要說明的是，在附圖中，為了方便說明，放大或縮小了各層或區(qū)域的大小和厚度，圖中所示大小并不代表實際尺寸。
[0042]如圖1所示，高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管包括:襯底101順次沉積并圖形化的底柵電極102、柵介質(zhì)103、石墨烯層104、氧化鋅籽晶層105、氧化鋅納米棒106和源漏電極107、源漏電極108。
[0043]襯底采用石英或玻璃襯底，其步驟如下:
[0044]步驟一，清洗襯底:將襯底放入丙酮中超聲清洗20分鐘，將襯底從丙酮中取出并放入乙醇中清洗20分鐘，用去離子水沖洗幾次后用氮氣槍吹干，即可得圖1所示的透明襯底 101。
[0045]步驟二，底柵電極的制作:將襯底涂上光刻膠、曝光并顯影后轉(zhuǎn)移到濺射薄膜沉積系統(tǒng)的沉積腔中，沉積10納米的鉻作為粘附層后再沉積50納米的金；將襯底浸入丙酮中去膠后即可得圖2所示結(jié)構(gòu)，其中102為底柵電極。
[0046]步驟三，柵介質(zhì)沉積:將步驟二中得到的帶有底柵電極的襯底轉(zhuǎn)移到原子層沉積的反應(yīng)腔中，沉積柵介質(zhì)氧化鋁103。采用氣相沉積法沉積氧化鋁，沉積氧化鋁的前驅(qū)體為三甲基鋁和水蒸汽，兩者均保持在室溫，反應(yīng)腔需加熱到300°C。沉積氧化鋁需要進行多個循環(huán)，每個循環(huán)包括如下步驟:
[0047]采用氮氣作為三甲基鋁的載氣，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間0.2秒；
[0048]用氮氣吹洗襯底，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間5秒；
[0049]采用氮氣作為水蒸汽的載氣，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間0.2秒；
[0050]用氮氣吹洗襯底，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間5秒；
[0051]重復300個循環(huán)，獲得30納米左右的柵介質(zhì)層，得到圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0052]步驟四，制備石墨烯:通過低壓化學氣相沉積的方法在銅片上制備石墨烯。具體過程為:將銅片放在反應(yīng)腔中，抽到真空后通入氫氣，氣流量設(shè)為lOsccm，把腔體加熱到1000°C;待溫度升到后同時通入甲烷和氫氣，氣流量分別為lOsccm，并反應(yīng)10分鐘；降溫并保持甲烷和氫氣的氣流；溫度降到室溫后關(guān)閉甲烷和氫氣的氣流，氬氣吹洗過后，將氣壓升到大氣壓；取出樣品。
[0053]步驟五，轉(zhuǎn)移石墨烯:將石墨烯轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)氧化鋁103上。步驟包括:將石墨烯上表面涂上PMMA粘附層；將石墨烯和銅片一起轉(zhuǎn)移到三氯化鐵水溶液中，腐蝕掉銅片；將石墨烯和粘附層一起撈起并轉(zhuǎn)移到清水中，并將銅殘留清洗干凈；將石墨烯和粘附層轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)氧化鋁103上；用丙酮或去膠液等將粘附層去除。得到如圖4所示結(jié)構(gòu)，其中104為轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)氧化鋁103上的石墨烯，石墨烯靠分子間的作用力吸附在柵介質(zhì)氧化鋁103上。圖8為轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上的石墨烯的拉曼光譜圖，說明此方法成功將石墨烯轉(zhuǎn)移到了柵介質(zhì)上。
[0054]步驟六，氧化鋅籽晶層沉積:將步驟五中粘附了石墨烯后的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到原子層沉積的反應(yīng)腔中，沉積氧化鋅籽晶層105。沉積氧化鋅的前驅(qū)體為二乙基鋅和水蒸汽，兩者均保持在室溫，反應(yīng)腔需加熱到200°C。沉積過程需要多個循環(huán)，沉積一個循環(huán)的氧化鋅包括如下步驟:
[0055]將二乙基鋅吸附在石墨烯上，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間0.2秒，其中二乙基鋅的載氣為氮氣；
[0056]用氮氣吹洗，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間5秒；
[0057]吸附水，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間0.2秒，其中水蒸汽的載氣為氮氣；
[0058]用氮氣吹洗襯底，將氣流量設(shè)置在lOOsccm，持續(xù)時間5秒；
[0059]進行100次循環(huán)，獲得20納米左右厚的氧化鋅籽晶層，得到圖5所示的結(jié)構(gòu)。
[0060]步驟七:氧化鋅納米棒的生長。具體為:先配置硝酸鋅和六亞甲基四胺的水溶液，濃度均為0.025毫摩爾每升；將襯底和溶液移入反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜移入恒溫箱；80°C恒溫生長8小時后取出樣品，得到圖6所示結(jié)構(gòu)，其中106為生長的氧化鋅納米棒。圖9是在石墨烯上生長后的氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖。
[0061]步驟八:將襯底涂上光刻膠、曝光并顯影后轉(zhuǎn)移到濺射系統(tǒng)的沉積腔中，沉積10納米的鉻作為粘附層后再沉積50納米的金；將襯底浸入丙酮中去膠后即可得圖7所示人源漏電極107和源漏電極108。
【主權(quán)項】
1.一種高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管，其特征在于，包括: 由下到上依次設(shè)置的襯底、底柵電極、高k柵介質(zhì)層、石墨烯、氧化鋅籽晶層、氧化鋅納米棒和源漏電極。2.如權(quán)利要求1所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、清洗襯底； 步驟二、在所述襯底上制作底柵電極； 步驟三、在所述底柵電極上沉積柵介質(zhì)； 步驟四、制備石墨烯； 步驟五、將所述石墨烯轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上； 步驟六、在所述石墨烯上沉積氧化鋅籽晶層； 步驟七、在所述氧化鋅籽晶層上進行氧化鋅納米棒生長； 步驟八、在所述氧化鋅納米棒的頂端制作源漏電極。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，所述柵介質(zhì)為氧化鋁或氧化鉿，厚度在5-50納米。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，所述氧化鋁的沉積條件為:反應(yīng)腔室溫度80-300°C、反應(yīng)源為三甲基鋁和水，沉積所述氧化鋁的步驟為:首先向反應(yīng)腔室中通入三甲基鋁，持續(xù)時間為0.1-2秒；然后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1-10秒；之后通入水蒸汽，持續(xù)時間為0.1-2秒，最后通入惰性氣體，持續(xù)時間1-10秒， 將所述沉積氧化鋁的步驟循環(huán)多次。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，所述氧化鉿的沉積條件為:反應(yīng)腔室溫度80-300°C，反應(yīng)源為四(乙基甲胺基)鉿和水，四(乙基甲胺基)鉿需加熱到80°C后使用， 沉積所述氧化鉿的過程具有多個循環(huán)，其中一個循環(huán)的步驟為:首先向反應(yīng)腔室中通入四(乙基甲胺基)鉿，持續(xù)時間為1-5秒；然后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1-10秒；之后通入水蒸汽，持續(xù)時間為0.1-2秒，最后通入惰性氣體，持續(xù)時間1-10秒。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，步驟四中石墨烯的制備方法如下: 將銅片放在反應(yīng)腔中，抽真空后通入氫氣，氣流量為10-50標準毫升每分鐘，把反應(yīng)腔加熱到800-1100°C ;待溫度升到后同時通入甲烷和氫氣，氣流量均為10-50標準毫升每分鐘，并反應(yīng)5-30分鐘；降溫并保持甲烷和氫氣的氣流；溫度降到室溫后關(guān)閉甲烷和氫氣的氣流，惰性氣體吹洗過后，將氣壓升到大氣壓，制得所述石墨烯。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，步驟五中將所述石墨烯轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上的步驟包括；將石墨烯的上表面涂上聚甲基丙烯酸甲酯粘附層；將石墨烯和銅片一起轉(zhuǎn)移到三氯化鐵水溶液或硫酸銅水溶液中，腐蝕掉銅片；將石墨烯和粘附層撈起并轉(zhuǎn)移到水中，將銅殘留清洗干凈；將石墨烯和粘附層轉(zhuǎn)移到柵介質(zhì)上；用丙酮或去膠液將粘附層去除。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，沉積所述氧化鋅籽晶層采用原子層沉積技術(shù)，沉積條件為:反應(yīng)腔室溫度為80-220°C、反應(yīng)源為二乙基鋅和水， 氧化鋅籽晶層的沉積過程需要進行多個循環(huán)，一個循環(huán)的步驟為:首先通入二乙基鋅，持續(xù)時間為0.1-2秒；然后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1-10秒；之后通入水蒸汽，持續(xù)時間為0.1-2秒，最后通入惰性氣體，持續(xù)時間為1-10秒。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高迀移率氧化鋅納米棒薄膜晶體管的制備方法，其特征在于: 其中，步驟七中氧化鋅納米棒的生長方法為:配置硝酸鋅和六亞甲基四胺溶液，濃度均為0.025毫摩爾每升；將步驟六中得到的沉積了氧化鋅籽晶層的襯底和所述硝酸鋅以及所述六亞甲基四胺溶液移入反應(yīng)釜，80°C恒溫生長8-16小時。
【文檔編號】H01L29/778GK105845722SQ201510016377
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月13日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】蘇州復納電子科技有限公司