非晶铟锡锌氧化物薄膜的制备及特性研究
发布时间：2019-07-21 07:32
【摘要】：近些年来,半导体氧化物薄膜作为一种新型的透明导电薄膜,因其低电阻率和高可见光透过率等优点,在微电子领域、半导体领域得到了普遍的关注。现如今应用比较广泛的半导体氧化物薄膜主要是铟锡氧化物(ITO)、氧化锌掺铝(AZO)等多晶薄膜,但它们的光电特性容易受薄膜厚度及环境的影响。相比于传统的多晶薄膜,非晶铟锡锌氧化物(ITZO)薄膜具有表面平整度高、界面好、光电性能优异、电学性能随厚度变化小等优点,可以用来制备薄膜晶体管(TFT)的透明电极和有源层,具有很高的科学研究价值和应用价值。国内外对ITZO薄膜的研究相对较少,缺乏对其光电特性系统的研究,本论文采用射频磁控溅射方法制备非晶ITZO薄膜,对其结构、形貌、光电性能进行了系统的研究,并将其用于制备同质ITZO-TFT。(1)在室温下,通过射频磁控溅射方法沉积了非晶ITZO薄膜。研究ITZO薄膜的形貌、结构、电学性能和光学性能随功率的变化规律。实验发现ITZO薄膜的特性强烈依赖于射频功率。当功率为80 W时,ITZO薄膜电学性能最佳,其电阻率为3.81×10-4Ω·cm,载流子浓度为6.45x1020 cm-3,霍尔迁移率24.14 cm-2V-1s-1。所有ITZO样品具有良好的光学性能,其可见光平均透过率均大于84%。ITZO样品的光学带隙随着功率的增加逐渐变大。(2)研究了薄膜特性随气压的变化规律。当气压为0.8 Pa时,ITZO样品的表面形貌最平滑,沉积质量最高,电学性能最佳,其电阻率为3.66-104Ω·cm,载流子浓度为6.75x1020 cm-3,霍尔迁移率26.06 cm1V-2s-1。ITZO样品在可见光区的平均透过率均超过了85%。(3)研究了ITZO薄膜特性随厚度的变化规律。随着ITZO样品厚度的增加,电学性能逐渐改善,但整体变化幅度不大。当厚度为500 nm时,薄膜拥有最佳的电学性能,其电阻率为3.87×10-4Ω·cm,载流子浓度为5.50×1020cm-3,霍尔迁移率29.33 cm2V-1s-2。当厚度继续增加时,薄膜的电学性能开始变差,这可能是溅射时间过长,溅射粒子对已形成的薄膜轰击造成的。厚度的增加使得薄膜对光的散射、吸收和反射加强从而降低了可见光平均透过率。(4)使用非晶ITZO薄膜制备了同质ITZO-TFT。通过射频磁控溅射方法在含氧化层的硅片衬底上制备了同质ITZO-TFT,其有源层和电极材料均为ITZO。TFT的电学性能良好,器件的电流开关比为2×106,迁移率为12cm2V-1s-1,阈值电压为0.2 V,亚阈值摆幅为0.8 V/decade。结果表明ITZO薄膜可以用来作为薄膜晶体管中的有源层和透明电极。
【图文】：
逡逑如图２．８所示，左侧为Ｎ型半导体，右侧为Ｐ型半导体，，图中Ｘ轴和Ｚ轴逡逑方向分别为电场和磁场方向。半导体中的载流子受到洛伦兹为的作用在Ｙ轴方逡逑向运动，在半导体的上下表面积累，从而在Ｙ轴方向产生霍尔电压电势差Ｆｗ。逡逑对于Ｎ型半导体而言，其载流子主要是电子，会受到霍尔电场的电场力作用，逡逑其大小为＆邋＝邋ｅ五Ｈ，同时，载流子也会受到大小为护＝逦的洛伦兹力作用，逡逑当霍尔电场增大到一定程度，使仍＝巧时，载流子达到动态平衡，电场不会再逡逑发生变化，此时的电场称为霍尔电场￡ｗ。逡逑ｅＥＨ邋＝邋ｅｘＶＢ逦（２．３）逡逑如果定义磁场中的半导体长、宽、高为ａ、ｂ、ｄ，载流子浓度为ｎ，则半导体中逡逑的电流强度Ｉｓ可Ｗ表示为：逡逑Ｉｓ邋＝邋ｎｅｂＶｄ逦（２．４）逡逑结合公式（２．３）、（２．４），贝a缪梗郑桢义希族澹妫翦澹卞澹桑螅洛澹腻澹桑螅洛义希郑桢澹藉澹牛睿忮澹藉危藉澹遥桢濉危ǎ玻担╁义希睿澹溴澹溴危溴危掊危掊义瞎街械幕澹藉挝颐浅泼次舳凳
本文编号：2517016
【图文】：
逡逑如图２．８所示，左侧为Ｎ型半导体，右侧为Ｐ型半导体，，图中Ｘ轴和Ｚ轴逡逑方向分别为电场和磁场方向。半导体中的载流子受到洛伦兹为的作用在Ｙ轴方逡逑向运动，在半导体的上下表面积累，从而在Ｙ轴方向产生霍尔电压电势差Ｆｗ。逡逑对于Ｎ型半导体而言，其载流子主要是电子，会受到霍尔电场的电场力作用，逡逑其大小为＆邋＝邋ｅ五Ｈ，同时，载流子也会受到大小为护＝逦的洛伦兹力作用，逡逑当霍尔电场增大到一定程度，使仍＝巧时，载流子达到动态平衡，电场不会再逡逑发生变化，此时的电场称为霍尔电场￡ｗ。逡逑ｅＥＨ邋＝邋ｅｘＶＢ逦（２．３）逡逑如果定义磁场中的半导体长、宽、高为ａ、ｂ、ｄ，载流子浓度为ｎ，则半导体中逡逑的电流强度Ｉｓ可Ｗ表示为：逡逑Ｉｓ邋＝邋ｎｅｂＶｄ逦（２．４）逡逑结合公式（２．３）、（２．４），贝a缪梗郑桢义希族澹妫翦澹卞澹桑螅洛澹腻澹桑螅洛义希郑桢澹藉澹牛睿忮澹藉危藉澹遥桢濉危ǎ玻担╁义希睿澹溴澹溴危溴危掊危掊义瞎街械幕澹藉挝颐浅泼次舳凳
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