p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法

摘要

本发明提供一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，包括以强氧化性的硝酸铜为溶质，以乙酰丙酮、甘氨酸、尿素或柠檬酸为络合剂配置前驱体溶液；然后利用所述前驱体溶液在以重掺杂硅为衬底的二氧化硅绝缘层上形成厚度为30 nm～50 nm的p型氧化铜薄膜并对其进行退火处理；最后在所述p型氧化铜薄膜表面蒸镀贵金属层分别作为源极和漏极，从而制得所述p型氧化铜薄膜晶体管。该方法制备过程中会自主释放出大量的热能，使缩合化反应和致密化过程在较低的温度下和较短的时间内发生从而制得电学性能稳定的p型氧化铜薄膜，该方法工艺简单、原料易得。

说明书

技术领域

本发明涉及电子材料与元器件领域，具体涉及一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管是由沉积在衬底上的导电层、有源层、绝缘层等薄膜构成，是为适应全膜化薄膜集成电路的需要而发展起来的，它被广泛应用在平板显示器、薄膜集成电路、光电图像传感器、薄膜存储器和气敏传感器等领域。近十几年以来，以氧化物为沟道的薄膜晶体管具有较高的场效应迁移率、较小的亚阈值摆幅、较大的开关比、较好的透明性、可低温制备以及与硅基工艺基本兼容等诸多优点而备受关注。然而目前研究的氧化物薄膜晶体管主要是N型器件，N型氧化物晶体管只有与p型氧化物晶体管结合才能组成互补型金属氧化物电路，这是实现氧化物大面积电子电路的基础，然而有关P型氧化物薄膜晶体管的报道还比较少见。

氧化铜是一种重要的p型材料，一直以来被广泛的应用于催化剂、气敏传感器、光学开关、磁存储介质等领域。近年来，人们成功的采用溶胶凝胶工艺制备了以氧化铜薄膜为有源层的薄膜晶体管。其工艺所用溶质多为醋酸铜、氯化铜和硫酸铜等，且存在热处理温度高、电学性能不稳定等缺点。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种热处理温度低、工艺简单、原料易得且所得产品电学性能稳定的p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

提供一种铜离子浓度为0.02 mol/L～0.06 mol/L的硝酸铜有机溶液；然后向所述硝酸铜有机溶液中加入络合剂进行混合制得前驱体溶液，其中所述络合剂为乙酰丙酮、甘氨酸、尿素、柠檬酸中的一种或几种的组合；

采用所述前驱体溶液在以重掺杂硅为衬底的二氧化硅绝缘层上形成厚度为30 nm～50 nm的p型氧化铜薄膜并对其进行退火处理；

采用热蒸发镀膜法在所述p型氧化铜薄膜表面蒸镀贵金属层分别作为源极和漏极，从而制得所述p型氧化铜薄膜晶体管。

基于上述，制得所述前驱体溶液的步骤包括：将无水硝酸铜或水合硝酸铜溶于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得铜离子浓度为0.02 mol/L～0.06 mol/L的所述硝酸铜有机溶液；然后按照摩尔比为1：（0.5～1.5）的比例向所述硝酸铜有机溶液中加所述络合剂进行混合制得所述前驱体溶液。

基于上述，制备所述氧化铜薄膜的步骤包括：将所述前驱体溶液分多次旋涂在在以重掺杂硅为衬底的二氧化硅绝缘层上形成厚度为30 nm～50 nm的p型氧化铜薄膜；然后在260℃～300℃温度下对其进行退火4小时～6小时；其中，每次旋涂后均需在260℃～300℃进行热处理15分钟～30分钟。

基于上述，制备所述贵金属层的步骤包括：采用热蒸发镀膜法以金或银为贵金属材料在所述p型氧化铜薄膜表面蒸镀厚度为50 nm～100 nm，沟道长度为20 μm～60 μm、沟道宽度为500 μm～1000 μm贵金属层分别作为源极和漏极，从而制得所述p型氧化铜薄膜晶体管。

由本发明提供的上述制备方法制备的p型氧化铜薄膜晶体管，它包括作为栅极的重掺杂硅衬底层和依次设置在所述重掺杂硅衬底层上的二氧化硅绝缘层和作为有缘层的p型氧化铜薄膜层；在所述p型氧化铜薄膜层表面还分别设置有作为源极和漏极的贵金属层。需要说明的是有本发明所述的制备方法适合于制备通用各种类型结构的p型氧化铜薄膜晶体管。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用溶胶凝胶法以强氧化性的硝酸铜为溶质，配合乙酰丙酮、甘氨酸、尿素、柠檬酸中的一种或几种络合剂提高反应物质活性的同时，还与其共同作为辅助燃料，在对p型氧化铜薄膜层退火处理过程中会放出大量的热能，使缩合反应和致密化过程能在260℃～300℃温度下和4小时～6小时内形成高质量的p型氧化铜薄膜。本发明公开的p型氧化铜薄膜晶体管制备方法具有热处理温度低、工艺简单、原料易得等优点，且制得的p型氧化铜薄膜晶体管具有电学性能稳定的特性。

附图说明

图1为本发明实施例1中的结构示意图。

图2为实施例1制备的p型氧化铜薄膜晶体管输出特性曲线图。

图3为实施例1制备的p型氧化铜薄膜晶体管转移特性曲线图。

图4为本发明实施例2中的结构示意图。

图中：1、重掺杂硅衬底层；2、二氧化硅绝缘层；3、p型氧化铜薄膜层；4、源极；5、漏极。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

将三水合硝酸铜溶解于甲氧基乙醇溶剂中，配置铜离子浓度为0.06 mol/L的硝酸铜有机溶液，然后向所述硝酸铜有机溶液中加入与铜离子相同摩尔量的乙酰丙酮，25℃条件下进行磁力搅拌3小时形成前驱体溶液；

将所述前驱体溶液滴在以重掺杂硅为衬底的二氧化硅层上，用台式匀胶机旋涂30秒，旋转速度为3000 rpm，然后将其置于300℃的热板上加热20分钟，重复上述旋涂、加热过程直至在所述二氧化硅层上形成厚度为50 nm的p型氧化铜薄膜层，然后将其置于300℃的热板上进行退火处理5小时；

将带有源漏电极图形的金属掩膜固定在所述p型氧化铜薄膜层表面，用热蒸发镀膜在其表面蒸镀金层分别作为源极和漏极，控制所述金层的厚度为50 nm、沟道长度为50 μm、沟道宽度为1000 μm，从而制得p型氧化铜薄膜晶体管。

由本实施例提供的制备方法制备的p型氧化铜薄膜晶体管结构如图1所示，它包括作为栅极的重掺杂硅衬底层1、依次设置在所述重掺杂硅衬底层1上的二氧化硅绝缘层2和p型氧化铜薄膜层3；在所述p型氧化铜薄膜层3表面还分别设置有作为源极4和漏极5的金层。

实验验证

采用特性测试仪对有本实施例所述的制备方法制得的p型氧化铜薄膜晶体管进行输出特性和转移特性测试，结果分别如图2和图3所示，图2中横坐标漏电压和纵坐标漏电流分别指的是所述p型氧化铜薄膜晶体管的源极和漏极之间的电压和电流，图3中触发电压是指晶体管栅极和源极之间的电压值，由图中可以看出，所述p型氧化铜薄膜晶体管在p沟道模式工作时，能表现出很好的饱和特性和夹断特性，因此由该方法制备的所述p型氧化铜薄膜晶体管具有稳定的电学性能。

实施例2

本实施例提供一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，具体步骤与实施例1中的大致相同，不同之处在于：

本实施例以硝酸铜为溶质以甲氧基乙醇为溶剂配置铜离子浓度为0.02 mol/L的硝酸铜有机溶液，然后分别向所述硝酸铜有机溶液中加入与铜离子相同摩尔量的甘氨酸和尿素，25℃条件下进行磁力搅拌5小时形成所述前驱体溶液。

本实施例提供的一种由上述制备方法制备的p型氧化铜薄膜晶体管结构如图4所示，与实施例1不同的是本实施例中所述金层是一组对称的曲面结构；它具体包括作为栅极的重掺杂硅衬底层1、依次设置在所述重掺杂硅衬底层1上的二氧化硅绝缘层2和作为有源层的p型氧化铜薄膜层3；在所述p型氧化铜薄膜层3表面还分别设置有作为源极4和漏极5的贵金属层。

实施例3

本实施例提供一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，具体步骤与实施例1中的大致相同，不同之处在于：

本实施例中采用台式匀胶机将制备的所述前驱体溶液旋涂在以重掺杂硅为衬底的二氧化硅绝缘层上，在260℃进行热处理30分钟，重复上述旋涂和热处理步骤在所述二氧化硅层上形成厚度为30 nm的p型氧化铜薄膜层，然后在300℃温度下进行热处理4小时。

本实施例提供的一种由上述制备方法制备的p型氧化铜薄膜晶体管结构同实施例1中的结构。

实施例4

本实施例提供一种p型氧化铜薄膜晶体管的制备方法，具体步骤与实施例1中的大致相同，不同之处在于：

本实施例以硝酸铜为溶质以甲氧基乙醇为溶剂配置铜离子浓度为0.05 mol/L的硝酸铜有机溶液，然后分别向所述硝酸铜有机溶液中加入与铜离子摩尔比为1：1.5的尿素、柠檬酸，25℃条件下进行磁力搅拌5小时形成所述前驱体溶液。

本实施例提供的一种由上述制备方法制备的p型氧化铜薄膜晶体管结构同实施例1中的结构。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。