一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高本征电学性能的方法，特别是一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法。

背景技术

氧化物半导体因其低成本、宽带隙、高迁移率和稳定性等优势在柔性晶体管、神经形态器件和（back-end-of-line）BEOL器件领域备受关注。其中一种氧化物半导体是氧化铟锡（ITO），氧化铟锡（ITO）是一种高导电性的掺锡半导体材料，有着优异的光电性能，比如可见光透过率可达 83% 以上、电阻率在 10

随着研究的深入，研究人员发现通过采用二维的超薄ITO作为沟道材料能够实现ITO晶体管的有效关断并展现出优异的性能。2018年，Shengman Li等人通过采用超薄（4nm）ITO材料作为沟道，实现了亚阈值摆幅低至66 mV/dec、 开关比可达5.5×10

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单的提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，该方法的具体步骤如下：在室温、高度真空环境下，在磁控溅射仪的射频溅射靶位装载靶材，靶材为ITO，磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射由磷硅掺杂形成衬底、二氧化硅作为绝缘层的N型ITO薄膜作为ITO薄膜晶体管的有源层，然后热蒸发仪采用真空热蒸发镀膜法对导电金属加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的源漏电极，从而制成自下而上依次设置有衬底、绝缘层、有源层和源漏电极的ITO薄膜晶体管，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理、所述ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理或所述ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的第二预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的第二后退火工艺，所述导电金属为银。

所述靶材的In

所述第一预退火工艺的具体步骤如下：

a、开启加热板，设置退火温度为 160 ℃、180 ℃、190 ℃或者200 ℃，退火时长为15 min，氛围为空气；

b、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15min，氛围为空气；

c、退火结束，取出ITO薄膜；

d、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

e、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能。

所述第一后退火工艺的具体步骤如下：

A、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

B、设置加热板温度，加热板温度为160 ℃、180 ℃或者200 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；

C、退火结束后，取出ITO薄膜晶体管；

D、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能；

第二预退火工艺的具体步骤如下：

S1、开启加热板，设置退火温度为200 ℃；

S2、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15min，氛围为空气；

S3、等待退火结束，取出ITO薄膜；

S4、足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

第二后退火工艺的具体步骤如下：

s1、设置加热板温度，加热板温度为80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃或者180 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；

s2、待退火结束后取出，在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能。

所述衬底的厚度是500

本发明的有益效果是：与现有技术相比，第一预退火工艺可大幅度提升ITO薄膜晶体管的迁移率，第一后退火工艺可得到较小亚阈值摆幅以及较大开关比的ITO薄膜晶体管，两步退火工艺可以提升ITO薄膜晶体管的迁移率，并且兼顾其他本征电学性能，比如，较小的亚阈值摆幅，以及较大的开关比，工艺简单易操作，并进一步提升ITO TFT（ITO薄膜晶体管）的性能和稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明采用第一预退火工艺时的步骤流程图；

图2是本发明采用第一后退火工艺时的步骤流程图；

图3是本发明采用两步退火工艺时的步骤流程图；

图4是ITO薄膜晶体管的结构示意图；

图5是ITO薄膜采用不同退火温度的第一预退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的输出特性图；

图6是ITO薄膜采用不同退火温度的第一预退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的转移特性图；

图7是ITO薄膜晶体管采用不同加热板温度的第一后退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的输出特性图；

图8是ITO薄膜晶体管采用不同加热板温度的第一后退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的转移特性图；

图9是ITO薄膜晶体管采用不同加热板温度的两步退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的输出特性图；

图10是ITO薄膜晶体管采用不同加热板温度的两步退火工艺处理后ITO薄膜晶体管的转移特性图。

具体实施方式

参照图1至图10，一种提高ITO薄膜晶体管本征电学性能的方法，该方法的具体步骤如下：在室温、高度真空环境下，在磁控溅射仪的射频溅射靶位装载靶材，靶材为ITO，磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射由磷硅掺杂形成衬底1、二氧化硅作为绝缘层2的N型ITO薄膜作为ITO薄膜晶体管的有源层3，然后热蒸发仪采用真空热蒸发镀膜法对导电金属加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的源漏电极4，从而制成自下而上依次设置有衬底1、绝缘层2、有源层3和源漏电极4的ITO薄膜晶体管，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理、所述ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理或所述ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的第二预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的第二后退火工艺，所述导电金属为银，源漏电极是指漏极和源极。

与现有技术相比，第一预退火工艺可大幅度提升ITO薄膜晶体管的迁移率，第一后退火工艺可得到较小亚阈值摆幅以及较大开关比的ITO薄膜晶体管，两步退火工艺可以提升ITO薄膜晶体管的迁移率，并且兼顾其他本征电学性能，比如，较小的亚阈值摆幅，以及较大的开关比，工艺简单易操作，并进一步提升ITO TFT（ITO薄膜晶体管）的性能和稳定性。

所述靶材的In

所述第一预退火工艺的具体步骤如下：

a、开启加热板，设置退火温度为 160 ℃、180 ℃、190 ℃或者200 ℃，退火时长为15 min，氛围为空气；

b、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15min，氛围为空气；

c、退火结束，取出ITO薄膜；

d、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

e、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能（具体是测栅极相对于源极的电压

所述第一后退火工艺的具体步骤如下：

A、将足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

B、设置加热板温度，加热板温度为160 ℃、180 ℃或者200 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；

C、退火结束后，取出ITO薄膜晶体管；

D、在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能；

第二预退火工艺的具体步骤如下：

S1、开启加热板，设置退火温度为200 ℃；

S2、待温度达到所设温度时，将ITO薄膜放到加热板上进行退火，退火时长为15min，氛围为空气。

S3、等待退火结束，取出ITO薄膜；

S4、足量的银单质放入蒸发舟，待热蒸发仪达到真空时，启动热蒸发仪的加热电源，当银单质的淀积速率稳定在1 Å/s时，开始正式的热蒸发过程，在ITO薄膜的沟道的两侧热蒸发一层60 nm厚的银单质作为ITO薄膜晶体管的源漏电极；

第二后退火工艺的具体步骤如下：

s1、设置加热板温度，加热板温度为80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃或者180 ℃，达到加热板温度时，将制好的ITO薄膜晶体管放置在加热板上，时间为15 min，氛围为空气；

s2、待退火结束后取出，在探针台上测试ITO薄膜晶体管的性能。

所述衬底1的厚度是500

经测试，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理或者ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理，ITO薄膜晶体管的迁移率

从表1中、图5和图6可以看出，所述ITO薄膜经过第一预退火工艺处理后，随着退火温度的不断增加，ITO薄膜晶体管的阈值电压

从表1中、图7和图8可以看出，所述ITO薄膜晶体管经过第一后退火工艺处理后，随着加热板温度温度的不断升高，ITO薄膜晶体管的迁移率

与不进行退火处理的ITO器件相比，第一后退火工艺的优势在于改善ITO薄膜晶体管的亚阈值摆幅SS，第一预退火工艺的优势在于显著地提升ITO薄膜晶体管的迁移率μ，且迁移率明显优于第一后退火工艺处理过的ITO薄膜晶体管。

ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理后，ITO薄膜晶体管的迁移率

从表2中、图9和图10可以看出 (图9和图10中的200 ℃+80 ℃代表：第二预退火工艺的退火温度为200 ℃，第二后退火工艺的加热板温度为80 ℃，其他情况也采用类似方式解读)，ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺处理后，保持了第一预退火工艺处理后的高迁移率，只是从38.01 cm

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。