非晶銦錫鋅氧化物薄膜的制備及特性研究.pdf

1、近些年來(lái)，半導(dǎo)體氧化物薄膜作為一種新型的透明導(dǎo)電薄膜，因其低電阻率和高可見(jiàn)光透過(guò)率等優(yōu)點(diǎn)，在微電子領(lǐng)域、半導(dǎo)體領(lǐng)域得到了普遍的關(guān)注?，F(xiàn)如今應(yīng)用比較廣泛的半導(dǎo)體氧化物薄膜主要是銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅摻鋁(AZO)等多晶薄膜，但它們的光電特性容易受薄膜厚度及環(huán)境的影響。相比于傳統(tǒng)的多晶薄膜，非晶銦錫鋅氧化物(ITZO)薄膜具有表面平整度高、界面好、光電性能優(yōu)異、電學(xué)性能隨厚度變化小等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)制備薄膜晶體管(TFT)的透明電極和有

2、源層，具有很高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外對(duì)ITZO薄膜的研究相對(duì)較少，缺乏對(duì)其光電特性系統(tǒng)的研究，本論文采用射頻磁控濺射方法制備非晶ITZO薄膜，對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并將其用于制備同質(zhì)ITZO-TFT。
　　(1)在室溫下，通過(guò)射頻磁控濺射方法沉積了非晶ITZO薄膜。研究ITZO薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和光學(xué)性能隨功率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ITZO薄膜的特性強(qiáng)烈依賴(lài)于射頻功率。當(dāng)功率為80W時(shí)，ITZO

3、薄膜電學(xué)性能最佳，其電阻率為3.81×10-4Ω·cm，載流子濃度為6.45×1020cm-3，霍爾遷移率24.14cm2V-1s-1。所有ITZO樣品具有良好的光學(xué)性能，其可見(jiàn)光平均透過(guò)率均大于84％。ITZO樣品的光學(xué)帶隙隨著功率的增加逐漸變大。
　　(2)研究了薄膜特性隨氣壓的變化規(guī)律。當(dāng)氣壓為0.8Pa時(shí)，ITZO樣品的表面形貌最平滑，沉積質(zhì)量最高，電學(xué)性能最佳，其電阻率為3.66×10-4Ω·cm，載流子濃度為6.75×

4、1020cm-3，霍爾遷移率26.06 cm2V-1s-1。ITZO樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率均超過(guò)了85％。
　　(3)研究了ITZO薄膜特性隨厚度的變化規(guī)律。隨著ITZO樣品厚度的增加，電學(xué)性能逐漸改善，但整體變化幅度不大。當(dāng)厚度為500nm時(shí)，薄膜擁有最佳的電學(xué)性能，其電阻率為3.87×10-4Ω·cm，載流子濃度為5.50×1020cm-3，霍爾遷移率29.33cm2V-1s-1。當(dāng)厚度繼續(xù)增加時(shí)，薄膜的電學(xué)性能開(kāi)始變差，

5、這可能是濺射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，濺射粒子對(duì)已形成的薄膜轟擊造成的。厚度的增加使得薄膜對(duì)光的散射、吸收和反射加強(qiáng)從而降低了可見(jiàn)光平均透過(guò)率。
　　(4)使用非晶ITZO薄膜制備了同質(zhì)ITZO-TFT。通過(guò)射頻磁控濺射方法在含氧化層的硅片襯底上制備了同質(zhì)ITZO-TFT，其有源層和電極材料均為ITZO。TFT的電學(xué)性能良好，器件的電流開(kāi)關(guān)比為2×106，遷移率為12cmV-1s-1，閾值電壓為0.2V，亞閾值擺幅為0.8V/decade。結(jié)果表