铜电极氧化物薄膜晶体管研究
发布时间：2021-05-14 07:21
随着显示技术在尺寸、分辨率和刷新率方面的发展,显示面板需要开发具有低电阻电极的高迁移率薄膜晶体管（TFT）阵列来降低信号传输过程的电阻电容延迟。非晶氧化物半导体材料在平板显示器应用方面,以其高迁移率和均匀性的特点而受到研究者们的广泛关注。此外,铜（Cu）由于其低电阻率,被认为是合适的低电阻电极材料。因此,本论文主要研究具有Cu电极的氧化物TFT。首先,我们研究了非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）薄膜的沉积条件和退火温度对TFTs性能的影响。在此基础上,我们成功地制备了具有优异电学性能的a-IGZO TFT,其阈值电压(Vth)为0.9 V,饱和迁移率(μsat)为8.4 cm2/Vs,亚阈值摆幅（SS）为0.16 V/dec,为后续工作奠定了基础。此外,我们对Cu电极的溅射条件,后退火处理以及Cu掺杂影响进行了研究,确认了Cu原子的扩散,会严重劣化器件性能。因此,为了防止Cu原子向IGZO中的扩散,我们引入Mo作为中间层,制备了具有Cu/Mo叠层源漏电极的a-IGZO TFTs。实验表明,即使经过300℃的退火处理,30 nm的Mo层仍能够完全...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 氧化物薄膜晶体管的发展
1.3 电极材料的发展
1.4 薄膜晶体管的工作原理
1.4.1 薄膜晶体管的结构
1.4.2 电流-电压特性
1.5 薄膜晶体管的性能参数
1.5.1 阈值电压
1.5.2 迁移率
1.5.3 亚阈值摆幅
1.5.4 接触电阻
1.5.5 本征场效应迁移率和阈值电压
1.6 表征手段
1.6.1 X射线衍射
1.6.2 X射线反射率
1.6.3 X射线光电子能谱
1.6.4 透射电子显微镜
1.6.5 微波光电导衰减测试
1.6.6 四探针测试仪
1.6.7 胶带法
1.6.8 薄膜晶体管电学性能
1.7 本文的主要研究内容
第二章 非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及铜电极的影响
2.1 引言
2.2 有源层的制备条件对薄膜晶体管性能的影响
2.2.1 器件制备
2.2.2 氧含量的影响
2.2.3 溅射气压的影响
2.2.4 退火温度的影响
2.3 铜电极的影响
2.3.1 Cu薄膜的制备
2.3.2 Cu电极的溅射条件对a-IGZOTFT性能的影响
2.3.3 热处理对铜电极TFT性能的影响
2.3.4 使用Cu2O掺杂a-IGZOTFT的研究
2.4 本章小结
第三章 铜/钼叠层源漏电极氧化物薄膜晶体管的制备
3.1 引言
3.2 Mo薄膜的制备
3.2.1 薄膜制备
3.2.2 结果与讨论
3.3 Mo电极TFT的制备
3.3.1 器件制备
3.3.2 结果与讨论
3.4 Cu/Mo叠层电极TFT
3.4.1 器件制备
3.4.2 器件性能
3.4.3 接触特性
3.4.4 透射电子显微镜界面分析
3.4.5 结合强度
3.5 本章小结
第四章 铜/ITO叠层源漏电极氧化物薄膜晶体管的制备
4.1 引言
4.2 ITO薄膜的制备
4.2.1 薄膜制备
4.2.2 结果与讨论
4.3 ITO电极TFT
4.3.1 器件制备
4.3.2 结果与讨论
4.4 Cu/ITO叠层电极器件
4.4.1 器件制备
4.4.2 器件性能
4.4.3 接触特性
4.4.4 透射电子显微镜界面分析
4.4.5 结合强度
4.5 本章小结
第五章 铜铬合金源漏电极及其氧化物薄膜晶体管研究
5.1 引言
5.2 铜铬合金薄膜的制备
5.2.1 溅射功率和气压的影响
5.2.2 退火温度的影响
5.2.3 合金成分的影响
5.3 溅射条件对铜铬合金源漏电极TFT的影响
5.3.1 器件制备
5.3.2 结果与讨论
5.4 铜铬合金源漏电极TFT的制备
5.4.1 器件制备
5.4.2 器件性能
5.4.3 接触特性
5.4.4 XPS分析
5.4.5 结合强度
5.5 本章小结
第六章 高迁移率氧化物薄膜晶体管制备及研究
6.1 引言
6.2 a-IGZO有源层TFT
6.2.1 器件制备
6.2.2 器件性能
6.2.3 接触特性
6.2.4 透射电子显微镜界面分析
6.2.5 XPS分析
6.2.6 Al2O3的溅射对a-IGZO薄膜导电性的影响
6.2.7 电极材料的影响
6.2.8 工作机制
6.3 NAIZO有源层TFT
6.3.1 器件制备
6.3.2 器件性能
6.3.3 接触特性
6.3.4 透射电子显微镜界面分析
6.3.5 正负偏压稳定性
6.4 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]TFT中底栅Cu膜凸起现象研究[J]. 高搏剑,徐佳慧,夏杰,吴登刚,朱元. 信息记录材料. 2018(05)
[2]使用铜源漏电极的非晶氧化铟锌薄膜晶体管的研究[J]. 徐瑞霞,陈子楷,赵铭杰,宁洪龙,邹建华,陶洪,王磊,徐苗,彭俊彪. 发光学报. 2015(08)
[3]大尺寸金属氧化物TFT面板设计分析[J]. 周雷,徐苗,吴为敬,夏兴衡,王磊,彭俊彪. 发光学报. 2015(05)
[4]钼缓冲层对钼/铜叠层结构电极特性的影响[J]. 李旭远,薛唯,喻志农,薛建设,张学辉,柳逢春,杨伟生. 真空科学与技术学报. 2015(01)
[5]源漏电极的制备对氧化物薄膜晶体管性能的影响[J]. 徐华,兰林锋,李民,罗东向,肖鹏,林振国,宁洪龙,彭俊彪. 物理学报. 2014(03)
硕士论文
[1]铜合金缓冲层材料特性及其在显示器件中的应用研究[D]. 李正亮.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
本文编号：3185236
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 氧化物薄膜晶体管的发展
1.3 电极材料的发展
1.4 薄膜晶体管的工作原理
1.4.1 薄膜晶体管的结构
1.4.2 电流-电压特性
1.5 薄膜晶体管的性能参数
1.5.1 阈值电压
1.5.2 迁移率
1.5.3 亚阈值摆幅
1.5.4 接触电阻
1.5.5 本征场效应迁移率和阈值电压
1.6 表征手段
1.6.1 X射线衍射
1.6.2 X射线反射率
1.6.3 X射线光电子能谱
1.6.4 透射电子显微镜
1.6.5 微波光电导衰减测试
1.6.6 四探针测试仪
1.6.7 胶带法
1.6.8 薄膜晶体管电学性能
1.7 本文的主要研究内容
第二章 非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及铜电极的影响
2.1 引言
2.2 有源层的制备条件对薄膜晶体管性能的影响
2.2.1 器件制备
2.2.2 氧含量的影响
2.2.3 溅射气压的影响
2.2.4 退火温度的影响
2.3 铜电极的影响
2.3.1 Cu薄膜的制备
2.3.2 Cu电极的溅射条件对a-IGZOTFT性能的影响
2.3.3 热处理对铜电极TFT性能的影响
2.3.4 使用Cu2O掺杂a-IGZOTFT的研究
2.4 本章小结
第三章 铜/钼叠层源漏电极氧化物薄膜晶体管的制备
3.1 引言
3.2 Mo薄膜的制备
3.2.1 薄膜制备
3.2.2 结果与讨论
3.3 Mo电极TFT的制备
3.3.1 器件制备
3.3.2 结果与讨论
3.4 Cu/Mo叠层电极TFT
3.4.1 器件制备
3.4.2 器件性能
3.4.3 接触特性
3.4.4 透射电子显微镜界面分析
3.4.5 结合强度
3.5 本章小结
第四章 铜/ITO叠层源漏电极氧化物薄膜晶体管的制备
4.1 引言
4.2 ITO薄膜的制备
4.2.1 薄膜制备
4.2.2 结果与讨论
4.3 ITO电极TFT
4.3.1 器件制备
4.3.2 结果与讨论
4.4 Cu/ITO叠层电极器件
4.4.1 器件制备
4.4.2 器件性能
4.4.3 接触特性
4.4.4 透射电子显微镜界面分析
4.4.5 结合强度
4.5 本章小结
第五章 铜铬合金源漏电极及其氧化物薄膜晶体管研究
5.1 引言
5.2 铜铬合金薄膜的制备
5.2.1 溅射功率和气压的影响
5.2.2 退火温度的影响
5.2.3 合金成分的影响
5.3 溅射条件对铜铬合金源漏电极TFT的影响
5.3.1 器件制备
5.3.2 结果与讨论
5.4 铜铬合金源漏电极TFT的制备
5.4.1 器件制备
5.4.2 器件性能
5.4.3 接触特性
5.4.4 XPS分析
5.4.5 结合强度
5.5 本章小结
第六章 高迁移率氧化物薄膜晶体管制备及研究
6.1 引言
6.2 a-IGZO有源层TFT
6.2.1 器件制备
6.2.2 器件性能
6.2.3 接触特性
6.2.4 透射电子显微镜界面分析
6.2.5 XPS分析
6.2.6 Al2O3的溅射对a-IGZO薄膜导电性的影响
6.2.7 电极材料的影响
6.2.8 工作机制
6.3 NAIZO有源层TFT
6.3.1 器件制备
6.3.2 器件性能
6.3.3 接触特性
6.3.4 透射电子显微镜界面分析
6.3.5 正负偏压稳定性
6.4 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]TFT中底栅Cu膜凸起现象研究[J]. 高搏剑,徐佳慧,夏杰,吴登刚,朱元. 信息记录材料. 2018(05)
[2]使用铜源漏电极的非晶氧化铟锌薄膜晶体管的研究[J]. 徐瑞霞,陈子楷,赵铭杰,宁洪龙,邹建华,陶洪,王磊,徐苗,彭俊彪. 发光学报. 2015(08)
[3]大尺寸金属氧化物TFT面板设计分析[J]. 周雷,徐苗,吴为敬,夏兴衡,王磊,彭俊彪. 发光学报. 2015(05)
[4]钼缓冲层对钼/铜叠层结构电极特性的影响[J]. 李旭远,薛唯,喻志农,薛建设,张学辉,柳逢春,杨伟生. 真空科学与技术学报. 2015(01)
[5]源漏电极的制备对氧化物薄膜晶体管性能的影响[J]. 徐华,兰林锋,李民,罗东向,肖鹏,林振国,宁洪龙,彭俊彪. 物理学报. 2014(03)
硕士论文
[1]铜合金缓冲层材料特性及其在显示器件中的应用研究[D]. 李正亮.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
本文编号：3185236
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