氧化物電子材料及其在薄膜晶體管的應(yīng)用研究.pdf

1、目前有源矩陣液晶顯示(AMLCD)中主要用氫化非晶硅薄膜晶體管(a-Si∶HTFTs)來做面板的像素開關(guān)。a-Si∶H TFTs-LCD技術(shù)由于非晶硅的不透明性、低遷移率和閾值電壓的漂移等問題限制了其在液晶顯示中的進(jìn)一步發(fā)展。氧化物電子材料種類多樣，應(yīng)用廣泛，包含諸如介電材料、鐵電材料、磁性材料、壓電材料、多鐵性材料、高溫超導(dǎo)、外延氧化物、憶阻材料和傳感器等領(lǐng)域。薄膜晶體管按照有源層微結(jié)構(gòu)不同可分為單晶TFTs、多晶TFTs和非晶TFT

2、s。非晶氧化物薄膜晶體管(AOS TFTs)，具有高的遷移率、高的透過率及與低溫工藝兼容的優(yōu)點，并且可以使平板面積做得更大，因而是a-Si∶H TFTs合適的替代品。本文的研究內(nèi)容集中于氧化物電子材料的制備及其在AOS TFTs上的應(yīng)用，主要工作如下:
　　1.研究了生長溫度和退火溫度對Zn3 Sn2O7(ZTO)薄膜物理特性的影響。在這個工作中，在玻璃襯底上利用射頻濺射的方法生長ZTO薄膜。研究發(fā)現(xiàn)所有制備的薄膜為非晶，與生長溫

3、度無關(guān)。室溫生長的薄膜具有最高的遷移率8.1cm2·V-1·s-1和最低的載流子濃度2.0×1015 cm-3。生長溫度為250℃時，有最高的載流子濃度1.6×1019 cm-3。退火處理后，ZTO薄膜載流子濃度和遷移率增加。使用ZTO薄膜為溝道和Ta2O5薄膜作為絕緣層，制備了透明ZTO薄膜晶體管，最高飽和場效應(yīng)遷移率為24.76 cm2·V-1·s-1，開啟電壓為1.2 V。在此基礎(chǔ)上，利用離子束刻蝕技術(shù)(FIB)，制備了ZTO納米

4、線晶體管。
　　2.研究了源漏電極接觸電阻對ZTO薄膜晶體管的性能影響。透明薄膜晶體管用80 nm的ZTO薄膜作為有源層，原子層沉積(ALD)50 nm的Al2O3作為柵絕緣層。以Al2O3作為絕緣層的ZTO薄膜晶體管遷移率為1 cm2·V-1·s-1，亞閾值擺幅為0.2 V/dec，開啟電壓為3.1 V，開關(guān)比為106。對于器件結(jié)構(gòu)固定的AOS TFTs，接觸電阻決定了器件的總電阻。探索了非晶氧化物TFT中接觸電阻的起源，結(jié)果表

5、明界面電阻和薄膜電阻中，薄膜電阻對接觸電阻起了主要作用。提高非晶半導(dǎo)體材料薄膜的質(zhì)量也能減少TFT器件中的接觸電阻，從而提高電子器件的性能。
　　3.制備研究了氧化鎳（NiO）薄膜作為有源層的的p型薄膜晶體管。在這個工作中，系統(tǒng)研究了生長溫度和O2/Ar流量比對非晶NiO薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性影響。通過生長參數(shù)的摸索，得到純Ar氣氛、室溫生長的NiO薄膜遷移率為1.07cm2·V-1·s-1，空穴載流子濃度2.78×1017 cm-