非晶ZnTiSnO薄膜的制备及薄膜晶体管性能研究

发布时间：2017-10-25 06:27

  本文关键词：非晶ZnTiSnO薄膜的制备及薄膜晶体管性能研究

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【摘要】：非晶氧化物半导体(AOS)材料具有高迁移率、与柔性衬底兼容和可大面积沉积等优点,已作为薄膜晶体管(TFT)的沟道层被应用于显示器领域。与已产业化的InGaZnO非晶氧化物TFT比较,ZnSnO TFT具有无In、廉价、无毒等优势。然而ZnSnO中存在较高的缺陷态浓度导致器件性能差,需要添加第四种元素作为载流子抑制剂以提高器件性能。此外,AOS TFT不仅能应用于显示器领域,在紫外探测、生物传感、气敏等传感领域也表现出优异的性能,是AOS TFT技术的另一个重点研究方向。本文采用溶液燃烧法在低温条件下制备了非晶ZnTiSnO (a-ZTTO)薄膜,结果显示Ti掺杂后薄膜的形貌发生了巨大变化,由连续致密的结构转变成凸起峰和凹陷坑相互交错组成的绒面结构,有望应用于传感领域。且Ti作为载流子抑制剂,能有效降低薄膜中Vo的数量。随后以上述薄膜作为沟道层制备了a-ZTTO TFT器件,探索了二次退火、沟道尺寸、Ti掺杂量对器件的电学性能影响。实验结果表明二次退火处理确实能有效降低薄膜界面缺陷态密度以提高器件的电学性能,而沟道宽长比的减少导致器件性能明显退化。我们还发现适量的Ti掺杂有利于优化器件的电学性能并提高其稳定性。当Zn/Ti=30:1时,器件的性能表现最优：Ion/Ioff=3.54×105,μFE=0.77 cm2V-1s-1, Vth=2.14V, SS=1.13V/decade。此外,我们还分析了a-ZnSnO TFT对365nm的紫外光响应和恢复情况,发现栅压可以有效控制器件对紫外光的灵敏度和恢复速度,当VGS=-10V时器件灵敏度高达105,同时提出了一个理论模型对其进行解释,为TFT结构的紫外探测技术提供了技术支持。
【关键词】：非晶氧化物 薄膜晶体管 ZnTiSnO 紫外探测
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-14
• 第二章 文献综述14-30
• 2.1 非晶氧化物半导体14-19
• 2.1.1 AOS材料基础14-17
• 2.1.2 AOS薄膜制备技术17-19
• 2.2 薄膜晶体管19-28
• 2.2.1 TFT器件基础19-24
• 2.2.2 TFT器件性能优化24-25
• 2.2.3 AOS TFT器件应用研究进展25-28
• 2.3 选题依据和研究内容28-30
• 第三章 实验方法与表征方式30-36
• 3.1 溶液燃烧法制备薄膜技术30-32
• 3.1.1 溶液燃烧法的制备原理30-31
• 3.1.2 溶液燃烧法的工艺过程31-32
• 3.2 实验过程32-33
• 3.2.1 实验试剂和仪器32
• 3.2.2 衬底清洗32-33
• 3.2.3 溶胶制备33
• 3.3 表征方式33-36
• 3.3.1 溶胶性能的表征方式33-34
• 3.3.2 薄膜性能的表征方式34
• 3.3.3 器件性能的表征方式34-36
• 第四章 非晶ZnTiSnO薄膜的制备及性能研究36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 ZTTO溶胶的化学反应36-37
• 4.3 非晶ZTTO薄膜的制备37-38
• 4.4 非晶ZTTO薄膜的性能38-45
• 4.4.1 a-ZTTO薄膜的晶体结构38-39
• 4.4.2 a-ZTTO薄膜的表面形貌39-41
• 4.4.3 a-ZTTO薄膜的成分分布41-43
• 4.4.4 a-ZTTO薄膜的光学特性43
• 4.4.5 a-ZTTO薄膜的元素化学态43-45
• 4.5 本章小结45-48
• 第五章 非晶ZnTiSnO薄膜晶体管的制备及性能研究48-56
• 5.1 引言48
• 5.2 非晶ZTTO薄膜晶体管的制备48-49
• 5.3 非晶ZTTO薄膜晶体管的性能49-54
• 5.3.1 二次退火对a-ZTTO TFT性能影响49-51
• 5.3.2 沟道宽长比对a-ZTTO TFT性能影响51
• 5.3.4 Ti掺杂量对a-ZTTO TFT性能影响51-53
• 5.3.5 Ti掺杂对a-ZTTO TFT稳定性影响53-54
• 5.4 本章小结54-56
• 第六章 非晶ZnSnO薄膜晶体管的紫外探测应用56-64
• 6.1 引言56-57
• 6.2 非晶ZnSnO TFT的紫外探测性能57-62
• 6.2.1 a-ZnSnO TFT的UV响应57-59
• 6.2.2 a-ZnSnO TFT的UV恢复59-61
• 6.2.3 a-ZnSnO TFT的UV探测机理61-62
• 6.3 本章小结62-64
• 第七章 结论与展望64-66
• 7.1 结论64-65
• 7.2 创新点65
• 7.3 展望65-66
• 参考文献66-74
• 致谢74-76
• 个人简历76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果78

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