ZnO及In2O3薄膜晶體管的研究.pdf

1、薄膜晶體管是顯示器的核心部分，其性能直接關(guān)系到顯示器的好壞，作為大量應(yīng)用生產(chǎn)的電子器件，我們對它的研究不能僅局限于提高器件的性能，還應(yīng)該在薄膜晶體管的制備成本、制備條件、原料來源等方面多加研究。本文主要的研究工作分為三個部分:
　　(1)利用噴霧熱分解技術(shù)沉積氧化鋅薄膜晶體管:選擇SiO2/Si作為襯底，襯底背面是重?fù)诫s的P型硅，正面是通過干氧氧化得到的300 nm厚的SiO2絕緣層，使用銦離子摻雜，通過一系列的試驗(yàn)，我們得到了制

2、備氧化鋅薄膜的最佳條件，通過對薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及表面形貌的測量分析，得出我們制備的氧化鋅薄膜具有均勻致密的表面，薄膜內(nèi)部氧化鋅形成了多晶體結(jié)構(gòu)，主要生長取向?yàn)?111)和(112)晶向，同時摻雜的氧化銦沒有形成晶體，因?yàn)樵诒∧さ腦RD圖譜中沒有氧化銦的衍射峰位。薄膜在可見光區(qū)的光學(xué)透過率超過85％，證明了氧化鋅可以制備透明導(dǎo)電薄膜。然后我們在氧化鋅薄膜上通過熱蒸發(fā)技術(shù)和掩膜技術(shù)制備了源極和漏極薄膜電極，選擇Al作為電極蒸發(fā)源，金屬掩膜使氧

3、化銦半導(dǎo)體層形成了固定長寬的導(dǎo)電溝道。對制備完成的In-ZnO薄膜晶體管的電學(xué)性能測試得到:我們通過噴霧熱分解法制備的氧化鋅薄膜晶體管具有顯著地n型場效應(yīng)晶體管特性，其輸出特性曲線包含有截止區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū)，最小電流為1.02×10-8A，飽和電流為6.3×10-4A。晶體管具有較小的閾值電壓為-5.1 V，飽和遷移率為0.61 cm2/Vs。
　　(2)利用噴霧熱分解技術(shù)沉積氧化銦薄膜晶體管:選用SiO2/Si作為沉積沉底，通

4、過實(shí)驗(yàn)條件不斷調(diào)整和優(yōu)化，我們得到了最佳性能的氧化銦薄膜，通過對薄膜性能的表征，證明了噴霧熱分解技術(shù)制備的氧化銦薄膜晶粒在襯底表面均勻致密的排列在一起，氧化銦晶體擇優(yōu)生長取向?yàn)?111)，氧化銦薄膜在可見光波長內(nèi)的光學(xué)透過性良好。然后我們在氧化鋼薄膜上通過熱蒸發(fā)技術(shù)和掩膜技術(shù)制各了金屬Al薄膜作為器件的源極和漏極。對制備完成的In2O3薄膜晶體管的電學(xué)性能測試得到:氧化銦薄膜晶體管表現(xiàn)為良好的n型場效應(yīng)晶體管特性，最低電流為1.9×10

5、-10A，飽和電流為1.15×10-6 A。晶體管具有的閾值電壓為3.7V，飽和遷移率為0.03 cm2/Vs。
　　(3)采用磁控濺射沉積技術(shù)制備了氧化銦薄膜及其晶體管。通過對比各種制備條件下制備的氧化銦薄膜性能和薄膜晶體管電學(xué)性能，我們分析討論了一些參數(shù)對薄膜和晶體管的影響。①隨著溝道層厚度的增加，氧化銦薄膜的光學(xué)透過率逐漸減小，半導(dǎo)體的載流子濃度不斷增大，氧化鋼薄膜晶體管的飽和電流也是一次變大，但是當(dāng)氧化銦薄膜厚度過小時，晶

6、體管的飽和電流較小，難以保證較大的開關(guān)比。當(dāng)器件的溝道層厚度過大時，雖然器件獲得了大的開態(tài)電流，但由于其載流子濃度過高，器件的不能進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，最低電流也很大，同樣不能獲得良好的晶體管性能。只有當(dāng)溝道層厚度適當(dāng)時，晶體管才能獲得好的綜合性能。②后退火處理可以促進(jìn)氧化銦形成結(jié)晶，但是同時會降低氧化銦薄膜的導(dǎo)電性。③365 nm光照對器件的截止區(qū)影響較大，而對飽和區(qū)的影響基本可以忽略。因?yàn)?65 nm光照射半導(dǎo)體層后產(chǎn)生光生載流子現(xiàn)象，在截