新型氧化物薄膜晶體管材料及工藝研究.pdf

1、新型氧化物薄膜晶體管材料及工藝研究StudyonNoVelMaterialsandProcessesforoxideThinFilmTransistors作者：浦海峰指導(dǎo)老師：張群教授指導(dǎo)小組：李越生教授沈杰副教授援曼大肇非晶氧化物半導(dǎo)體(AOS)薄膜晶體管(TFTS)憑借其高遷移率、可見光區(qū)高透明性、低溫制備等優(yōu)點，在液晶顯示器、有機發(fā)光二極管、全透明器件及柔性電子等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注。雖然AOSTFl’s已被認為最

2、有可能取代傳統(tǒng)硅基薄膜晶體管應(yīng)用于顯示領(lǐng)域，為了獲得TFTs器件更好的電學性能及其穩(wěn)定性，在氧化物半導(dǎo)體溝道層和氧化物介質(zhì)層材料以及制各工藝方面的研究仍然存在大量的工作亟待開展。本論文圍繞新型氧化物溝道層、柵介質(zhì)層材料的研究、溶液法制各AOs薄膜的紅外光照以及氧等離子體處理工藝研究等四個方面展開。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下：利用直流磁控濺射法首次研制了高價態(tài)摻雜的非晶摻鎢氧化銦(a—IW0)溝道層薄膜。所制備的“WO薄膜在可見光區(qū)具有良

3、好的透明性，平均透射率超過85％，同時薄膜具有良好的平整度及均勻性，最大平均粗糙度僅為O436砌。以aIW0薄膜作為溝道層，旋涂的聚四乙烯苯酚(PⅦ)作為柵介質(zhì)層制備了頂柵結(jié)構(gòu)的a1w0TFlb。器件電學性能表明鎢起到了載流子抑制劑的作用，適量的摻雜有利于器件性能的提升。采用75at％摻雜的aIWO作為溝道層的TFT具有最佳性能，其飽和遷移率、亞閡值擺幅、電流開關(guān)比分別為83cm2Ⅳs、058V斑ec和523105，同時器件回掃曲線的偏

4、移為047V，表現(xiàn)出良好的電學穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，適度的大氣退火處理有利于IWO薄膜上表面淺層區(qū)域中鎢低價離子的進一步氧化及氧空位的修復(fù)。由于缺陷態(tài)的減少，上表面可以為電子的傳輸提供高遷移率的傳輸路徑，退火后的a1wOTFT的遷移率增大到126cmWs。然而過長時間的退火處理卻會導(dǎo)致薄膜中總載流子濃度的降低和薄膜表面平均粗糙度的上升，因而會導(dǎo)致遷移率的下降及亞閾值擺幅的增加。本工作表明高價態(tài)摻雜的aIW0薄膜具有良好的半導(dǎo)體性能，作為新型

5、氧化物溝道層薄膜具有應(yīng)用于高性能、全透明TFrS器件的前景。針對溶液法制各的氧化物TFTs器件性能有待提高的問題開展了深入研究。探索了氧等離子體處理對溶液法制備的aIGzOTFTS器件性能的影響。研究證實了氧等離子體處理后器件的遷移率、電流開關(guān)比均顯著提升，分別由O072cm2Ⅳs、823104增加為107cm2Ⅳs和299107，而亞閾值擺幅隨等離子體處理時間的延長由O84V似ec增加為201V／dec。分析發(fā)現(xiàn)，氧等離子體中存在原子