一種基于壓電材料有源層的tft結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，TFT-1XD得到了迅速的發(fā)展。TFT-1XD即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶顯示器，是有源矩陣類型顯示器AM-1XD中的一種，可以主動(dòng)對(duì)屏幕上的各個(gè)獨(dú)立像素進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_的圖像顯示，可以大大提高反應(yīng)時(shí)間。在液晶顯示器中，是目前唯一在亮度、對(duì)比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕超CRT的顯示器件，性能優(yōu)良，可大規(guī)模生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高，原材料成本低，已經(jīng)成為新世紀(jì)的主流產(chǎn)品，吸引了越來(lái)越多人關(guān)注和研宄。TFT-1XD的顯示質(zhì)量和整體性能在很大程度上取決于TFT的性能。
[0003]在研宄如何改善薄膜晶體管性能的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)有源層的溝道厚度對(duì)TFT器件性能有很大的影響。通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)表明有源層厚度的減小，可以抑制亞閾特征參數(shù)S的增加，能夠改善亞閾特性。適當(dāng)減薄有源層厚度，將有利于關(guān)態(tài)電流的減小，但減薄超過(guò)一定的限度后，通態(tài)電流也會(huì)隨著顯著減小，對(duì)器件造成很壞的影響，因此有源層厚度的減薄是有一定限度的。有源層厚度的減小，閾值電壓也減小，減小到一定程度后，閾值電壓趨于穩(wěn)定。另外，溝道的寬長(zhǎng)比對(duì)TFT的電學(xué)性能也有影響。
[0004]以η型TFT為例，在漏源極加上正向電壓(漏極接正，源極接負(fù))，引導(dǎo)電子從源極向漏極移動(dòng)。當(dāng)柵極施加零偏壓，或柵極電壓小于閾值電壓時(shí)，溝道中感應(yīng)電荷很少，基本不會(huì)有電流流過(guò)。當(dāng)柵極電壓大于等于閾值電壓，并施加漏極電壓，源極接地，溝道層中的載流子受到電場(chǎng)的作用，在有源層和絕緣層界面處積累，形成導(dǎo)電溝道。當(dāng)柵極電壓增大時(shí)，載流子濃度增大，載流子在溝道內(nèi)會(huì)更容易漂移，從而載流子迀移率增大。
[0005]溝道長(zhǎng)度反映了載流子在迀移過(guò)程中被界面隙態(tài)捕獲的幾率，溝道越長(zhǎng)，載流子被捕獲的幾率越大；溝道寬度反映了載流子在迀移過(guò)程中不被界面隙態(tài)捕獲的幾率，溝道越寬，載流子不被捕獲的幾率越大。因此，溝道寬長(zhǎng)比越大，載流子越容易漂移，閾值電壓越小。導(dǎo)電溝道長(zhǎng)度一般是源漏極的距離，雖然通過(guò)使導(dǎo)電溝道小于源漏極之間的距離，可以縮短了導(dǎo)電溝道的長(zhǎng)度，從而提高TFT的導(dǎo)通電流和特性，但是由于刻蝕歐姆接觸層來(lái)形成導(dǎo)電溝道，增加了工藝的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下一種技術(shù)方案:一種基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)，包括基板、柵極、絕緣層、壓電材料有源層、源極和漏極，所述壓電材料有源層是含有壓電材料的半導(dǎo)體有源層。
[0008]優(yōu)選的，所述壓電材料有源層是由壓電材料與半導(dǎo)體有源層進(jìn)行混合而成的復(fù)合型有源層。
[0009]優(yōu)選的，所述壓電材料有源層包含由半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體有源層和由壓電材料制成的壓電層，所述半導(dǎo)體有源層的上表面和下表面中的至少一者設(shè)置有壓電層。
[0010]優(yōu)選的，所述壓電材料包含壓電陶瓷和壓電聚合物中的至少一種，所述壓電陶瓷包含BaTi03、PbTi03、Pb (TiZr) 03、Ba (TiSr) O3、改性PZT和改性BST中的任一種或多種的組合，所述壓電聚合物包含PVDF和P(VDF-TrFE)中的任一種或兩種的組合。
[0011]優(yōu)選的，所述復(fù)合型有源層的壓電材料是由20%-80%的壓電陶瓷和20%-80%的壓電聚合物組成。
[0012]優(yōu)選的，所述復(fù)合型有源層的厚度為0.01 μ m-δΟμ mo
[0013]優(yōu)選的，所述壓電層的厚度為5nm_10 μ m，所述半導(dǎo)體有源層的厚度為0.01 μ m-50 μ m。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還采用以下一種技術(shù)方案:一種基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
(1)清洗基板，并烘干；
(2)在基板上制作下電極；
(3)在制作好下電極的基板上制作絕緣層；
(4)采用壓電材料和半導(dǎo)體材料在絕緣層上制作壓電材料有源層；
(5)在壓電材料有源層上制作保護(hù)層；
(6)在保護(hù)層上制作上電極。
[0015]優(yōu)選的，所述壓電材料有源層的制作方式包含原子層沉積、激光分子束外延、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、射頻磁控濺射、噴墨打印和旋涂中的任一種或多種的組合。
[0016]優(yōu)選的，所述壓電材料的制備流程是配料、混合磨細(xì)、預(yù)燒、二次磨細(xì)、造粒、成型、排塑、燒結(jié)成瓷、外形加工、被電極、高壓極化和老化測(cè)試。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:該基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)更為精密且控制簡(jiǎn)單，可以減小關(guān)態(tài)電流，降低閾值電壓，提高開態(tài)電流，從而提高器件性能。TFT器件采用壓電材料和半導(dǎo)體材料制作壓電材料有源層，由于壓電材料的逆壓電效應(yīng)，施加?xùn)艠O和漏極電壓時(shí)，壓電材料有源層中導(dǎo)電溝道會(huì)受到機(jī)械力而形變；選擇不同的壓電材料，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，可以控制溝道厚度和寬長(zhǎng)。施加適當(dāng)?shù)碾妷?，減薄溝道厚度，有利于減小關(guān)態(tài)電流，降低閾值電壓；減小溝道的長(zhǎng)度，有利于提高器件的開態(tài)電流，有利于高分辨率的產(chǎn)品。由于工藝上對(duì)溝道的長(zhǎng)寬控制很難，這里利用壓電材料的特性，可以對(duì)溝道的寬長(zhǎng)和厚度進(jìn)行微調(diào)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的構(gòu)造示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的構(gòu)造示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的構(gòu)造示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的構(gòu)造示意圖。
[0022]圖中標(biāo)記:11、21、31、41-基板，12、22、32、42_柵極，13、23、33、43_ 絕緣層，14、24、34、44_壓電材料有源層，241、341、441-半導(dǎo)體有源層，242、342_壓電層，442-下壓電層，443-上壓電層，15、25、35、45_保護(hù)層，16、26、36、46_源極和漏極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0024]實(shí)施例一:如圖1所示，一種基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)，包括基板11、柵極12、絕緣層13、壓電材料有源層14、保護(hù)層15、源極和漏極16，所述壓電材料有源層14是含有壓電材料的半導(dǎo)體有源層，具體是由壓電材料與半導(dǎo)體有源層進(jìn)行混合而成的復(fù)合型有源層。其中，所述柵極12制作于基板11上，所述絕緣層13均勻分布于基板11上，所述復(fù)合型有源層均勻分布在絕緣層13上，所述保護(hù)層15均勻分布在復(fù)合型有源層上，所述源極和漏極16分別分布在保護(hù)層15的兩端。
[0025]在實(shí)施例一中，所述壓電材料是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能材料，包含壓電陶瓷和壓電聚合物中的至少一種，如壓電陶瓷中的BaTi03、PbTi03、Pb (TiZr) O3 (即PZT), Ba(TiSr) O3 (即 BST)、改性 PZT、改性 BST 等，如壓電聚合物中的 PVDF、P (VDF-TrFE)等。所述壓電材料的制造特點(diǎn)是在強(qiáng)直流電場(chǎng)下對(duì)鐵電材料進(jìn)行極化處理，使之具有壓電效應(yīng)；一般極化電場(chǎng)為3~5kV/mm，溫度為100~150°C，時(shí)間是5~20min。所述壓電材料的壓電效應(yīng)原理是如果對(duì)壓電材料施加壓力，會(huì)產(chǎn)生電位差，稱之為正壓電效應(yīng)；反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，稱為逆壓電效應(yīng)。所述壓電材料的工藝流程如下:配料、混合磨細(xì)、預(yù)燒、二次磨細(xì)、造粒、成型、排塑、燒結(jié)成瓷、外形加工、被電極、高壓極化和老化測(cè)試。所述壓電材料電性強(qiáng)、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀。
[0026]在實(shí)施例一中，所述復(fù)合型有源層的壓電材料可以由20%_80%的壓電陶瓷和20%-80%的壓電聚合物組成，例如50%壓電陶瓷和50%壓電聚合物。所述絕緣層13厚度為50nm-200nm，所述復(fù)合型有源層的厚度為0.01 μ m-50 μπι，所述保護(hù)層15的厚度為20nm-200nm,所述源極和漏極16的厚度為lOnm-lOOOnm，寬度為10 μ m-500 μ m，二者的間距為 I μ m-100 μ m。所述源極和漏極 16 的材質(zhì)為 Al、Cu、Cr、Sn、In、Zn、Ag、Au、Pt、Pd、Cd、Bi和Sb中的任一種金屬或其氧化物或多種金屬的合金。
[0027]在實(shí)施例一中，該基于壓電材料有源層的TFT結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:(I)清洗基板11，并烘干；(2)在基板11上制作柵極12 (即下電極)；(3)在制作好柵極12的基板11上制作絕緣層13 ; (4)在絕緣層13上采用壓電材料和半導(dǎo)體材料進(jìn)行混合制作復(fù)合型有源層；(5)在復(fù)合型有源層上制作保護(hù)層15 ; (6)在保護(hù)層15上制作源極和漏極16 (即上電極)。具體操作如下:
步驟(I):基板11分別用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲波清洗，除去上面的有機(jī)物和油跡，再用去離子水把殘留在基板11上的丙酮和乙醇清洗干凈，隨后在干燥箱內(nèi)烘干；該基板11可以是硅片、玻璃等。
[0028]步驟(2):襯底硅片可以作為TFT的柵極12，也可以在基板11上沉積柵極12，可采用噴墨打印、射頻磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、電子束注入等方法。柵極12—般用ΙΤ0，也可以用金屬、金屬合金，如鉬、鉬合金或者絡(luò)、絡(luò)合金等材料。
[0029]步驟(3):在沉積好柵極12的基板11上沉積絕緣層13，可采用PECVD (等離子體化學(xué)氣體沉積)、磁控濺射、噴墨打印等方法形成絕緣層13，以阻擋基板11中所含雜質(zhì)進(jìn)入到有源層14中，防止對(duì)TFT器件的閾值電壓和漏電流等特性造成影響。
[0030]步驟(4):在絕緣層13上采用壓電材料與半導(dǎo)體材料進(jìn)行混合制作復(fù)合型有源層，可采用原子層沉積、激光分子束外延、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、射頻磁控濺射、噴墨打印、旋涂等方法進(jìn)行制作，壓電材料如BaT13，可以用BaO和T12制備。
[0031]步驟(5):在復(fù)合型有源層上沉積保護(hù)層15。保護(hù)層15能防止溝道受到空氣中的氧氣和水的影響，必須絕緣，同時(shí)不能影響TFT的原有特性，使器件在使用時(shí)能夠穩(wěn)定、高效和延長(zhǎng)壽命，有助于改善TFT的電學(xué)性能。
[0032]步驟(6):在保護(hù)層15上形成源極和漏極16，可采用真空蒸鍍制備電極，使用掩膜版控制源漏電極的形狀。源漏電極可以用金屬Al、Cu、Cr、Sn、In、Zn、Ag、Au、Pt、Pd、Cd、B1、Sb，或者這些金屬的氧化物，或者這些金屬元素的合金。TFT器件的溝道長(zhǎng)度(L)和寬度(W)由蒸鍍時(shí)采用的金屬掩膜版確定。也可以用噴墨打印電極，這樣可以不用掩膜版，簡(jiǎn)化工藝。
[0033]在實(shí)施例一中，在柵極12和漏極施加