一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管及制作方法，具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底(1)、栅极层(2)、高介电常数栅绝缘层(3)、有源区(4)以及金属电极，所述金属电极包括源极(5)、漏极(6)；所述栅极层(2)上被施加偏压，在具有高介电常数的氧化铋锌铌绝缘层顶部会产生一定的电压，当产生的电压满足下，所述有源区(4)和所述高介电常数栅绝缘层(3)接触的表面处形成反型层(7)和沟道区(8)，所述源极、漏极北施加偏压，产生源极、漏极之间的电流，所述柔性薄膜晶体管导通。与现有技术相比，本发明专利技术器件具有较高的集成度，有更为广泛的适用范围；适用于柔性射频领域。

A flexible ZnO thin film transistor with high dielectric constant and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管及制作方法
本专利技术涉及薄膜晶体管及制造
，特别涉及一种柔性氧化锌薄膜晶体管及制造方法。
技术介绍
近年来柔性电子器件以其结构轻薄、可弯曲折叠、机械性能稳定、高效及更轻的质量和低成本制造工艺等特点得到国内外广泛关注和研究。各种各样的电子产品被开发出来，低频领域包括柔性显示、电子标签以及一些低成本集成电路，高频领域包括仿真皮肤、柔性光电探测器、太阳能阵列电路，生物医学传感器等。柔性薄膜晶体管是组成这些柔性电路的必不可少的元件之一。传统的柔性薄膜晶体管的介电常数较低，且其有源区的迁移率往往比较低，氧化物薄膜晶体管则不存在这一问题，且高介电常数柔性薄膜晶体管在同样的性能下可以使用更薄的栅介质层，能有效的减少晶体管的厚度，提高柔性薄膜晶体管的柔韧性。因此，新型高介电常数柔性薄膜晶体管结构设计和制作方法是本专利技术亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管及制作方法，采用磁控溅射的低温工艺设计并制备底部驱动的柔性薄膜晶体管，极大丰富了晶体管作为电路元器件的用处，使得该柔性器件在大规模集成电路和光电器件的应用提供了可能。本专利技术的一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管，所述高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底1、栅极层2、高介电常数栅绝缘层3、有源区4以及金属电极，所述金属电极包括源极5、漏极6；所述栅极层2上被施加偏压，在具有高介电常数的氧化铋锌铌绝缘层顶部会产生一定的电压，当产生的电压满足电压大于0.7V时，所述有源区4和所述高介电常数栅绝缘层3接触的表面处形成反型层7，所述源极、漏极北施加偏压，产生源极5、漏极6之间的电流，所述柔性薄膜晶体管导通；其中所述栅极层2采用金属铂Pt材料的薄膜制成；所述栅绝缘层3采用通过磁控溅射法形成的氧化铋锌铌Bi1.5Zn1.0Ni1.5O7材料制成；所述有源区4采用氧化锌ZnO薄膜制成；所述源极5、漏极6采用钛或金材料制成。本专利技术的一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管制作方法，所述制作方法包括以下步骤：步骤一、选用PET柔性材料作为衬底，首先将PET柔性材料放进盛有丙酮溶液的烧杯中，后在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的PET柔性材料在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到柔性衬底层；步骤二、采用真空电子束蒸镀方法在柔性衬底层上镀一层厚度为150nm的铂金属层，通过光刻工艺图案化作为栅极层；步骤三、使用纯度为99％、直径为2英寸的氧化铋锌铌Bi1.5Zn1.0Ni1.5O7材料的陶瓷靶，在溅射功率为150W、真空度为1Pa、Ar:O2的比例为90:10的条件下，制备厚度为200nm的铋锌铌BZN薄膜；步骤四、使用纯度为99.99％、直径为3英寸的氧化锌ZnO靶材，在溅射功率为100W、真空度为1Pa、Ar:O2的比例为19:1的条件下，制备厚度为40nm的氧化锌ZnO薄膜；步骤五、使用Lift-off工艺在有源去上制备出宽长比为40:1的源极、漏极，并使用真空蒸镀的方法制备出厚度为100nm的钛/金Ti/Au薄膜作为源极、漏极，步骤六、最后将所获得的器件在400℃的N2气氛中退火，时间为10min。与现有技术相比，本专利技术所产生的积极技术效果如下：(1)器件具有较高的集成度，有更为广泛的适用范围；(2)此外，本专利技术是集成在塑料衬底上的晶体管器件，当塑料衬底弯曲时此器件仍可以正常工作，因此适用于电子皮肤、医疗器械、柔性显示设备等；(3)利用在较为简便的工艺实现，制造难度低。附图说明图1为本专利技术的柔性高介电常数氧化锌晶体管结构示意图；图2为本专利技术的柔性高介电常数氧化锌晶体管侧视结构图；附图标记：1、柔性衬底，2、栅极层，3、高介电常数栅绝缘层，4、有源区，5、源极，6、漏极，7、反型层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行详细描述。如图1和图2所示，为本专利技术的一种柔性高介电常数氧化锌薄膜晶体管结构示意图，结构从下到上依次包括柔性衬底1(采用PET柔性塑料制成)、栅极层2(采用金属铂Pt材料的薄膜制成)、高介电常数栅绝缘层3(采用通过磁控溅射法形成的氧化铋锌铌Bi1.5Zn1.0Ni1.5O7材料制成)、有源区4(采用氧化锌ZnO薄膜制成)和源极5、漏极6(采用钛或金Ti/Au材料制成的漏源电极)。在位于底部的栅极层2中施加一定的偏压之后，在具有高介电常数的氧化铋锌铌绝缘层顶部会产生一定的电压。当施加的偏压较小或者没有偏压时(开启电压在0.6V到0.7V)，有源区4由于没有反型层的产生，即使在源漏极之间施加电压也不会有电流产生，器件处于关断。当电压足够大(当电压大于0.7V时)的时候，有源区4和高介电常数栅绝缘层3接触的表面处产生空穴反型层7，反型层7位于有源区下表面，是很薄的一层。原本电子较多的有源区4的氧化锌ZnO薄膜上表面将产生大量空穴，形成一个沟道区，随后源漏电极施加偏压，产生源漏之间的电流，器件导通。本专利技术的一种柔性高介电常数氧化锌薄膜晶体管具体的制作方法如下：步骤一、选用PET柔性材料作为衬底，首先将PET柔性材料放进盛有丙酮溶液的烧杯中，后在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的PET柔性材料在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到柔性衬底层；步骤二、采用真空电子束蒸镀方法在柔性衬底层上镀一层厚度为150nm的铂金属层，通过光刻工艺图案化作为栅极层；步骤三、使用纯度为99％、直径为2英寸的氧化铋锌铌Bi1.5Zn1.0Ni1.5O7材料的陶瓷靶，在溅射功率为150W、真空度为1Pa、Ar:O2的比例为90:10的条件下，制备厚度为200nm的铋锌铌BZN薄膜；步骤四、使用纯度为99.99％、直径为3英寸的氧化锌ZnO靶材，在溅射功率为100W、真空度为1Pa、Ar:O2的比例为19:1的条件下，制备厚度为40nm的氧化锌ZnO薄膜；步骤五、使用剥离Lift-off工艺在有源去上制备出宽长比为40∶1的源极、漏极，并使用真空蒸镀的方法制备出厚度为100nm的钛/金Ti/Au薄膜作为源极、漏极，步骤六、最后将所获得的器件在400℃的N2气氛中退火，时间为10min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管，其特征在于，所述高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底(1)、栅极层(2)、高介电常数栅绝缘层(3)、有源区(4)以及金属电极，所述金属电极包括源极(5)、漏极(6)；/n所述栅极层(2)上被施加偏压，在具有高介电常数的氧化铋锌铌绝缘层顶部会产生一定的电压，当产生的电压满足电压大于0.7V时，所述有源区(4)和所述高介电常数栅绝缘层(3)接触的表面处形成反型层(7)，所述源极、漏极北施加偏压，产生源极(5)、漏极(6)之间的电流，所述柔性薄膜晶体管导通；其中/n所述栅极层(2)采用金属铂Pt材料的薄膜制成；/n所述栅绝缘层(3)采用通过磁控溅射法形成的氧化铋锌铌Bi

【技术特征摘要】
1.一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管，其特征在于，所述高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管具体结构为层式结构，自下而上依次为柔性衬底(1)、栅极层(2)、高介电常数栅绝缘层(3)、有源区(4)以及金属电极，所述金属电极包括源极(5)、漏极(6)；
所述栅极层(2)上被施加偏压，在具有高介电常数的氧化铋锌铌绝缘层顶部会产生一定的电压，当产生的电压满足电压大于0.7V时，所述有源区(4)和所述高介电常数栅绝缘层(3)接触的表面处形成反型层(7)，所述源极、漏极北施加偏压，产生源极(5)、漏极(6)之间的电流，所述柔性薄膜晶体管导通；其中
所述栅极层(2)采用金属铂Pt材料的薄膜制成；
所述栅绝缘层(3)采用通过磁控溅射法形成的氧化铋锌铌Bi1.5Zn1.0Ni1.5O7材料制成；
所述有源区(4)采用氧化锌ZnO薄膜制成。


2.一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管，其特征在于，所述源极(5)、漏极(6)采用钛或金材料制成。


3.一种高介电常数柔性氧化锌薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦国轩，刘家立，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12