基于阳极氧化制备绝缘层的IGZO-TFT的制备与研究
发布时间：2021-07-19 09:04
非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管（Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide Thin Film Transistor,a-IGZO TFT）凭着迁移率高、均一性好、可透明化和可柔性化等优点,常用于大面积制备和柔性显示,在显示区域有着巨大的发展潜力。本论文根据氧化铝绝缘层可在金属铝上阳极氧化生长的特点和无机绝缘层耐压性高的特点,研究阳极氧化法对于器件漏电流的减小及主要性能的优化。在器件的各层薄膜中,主要研究绝缘层和有源层的特性。实验中首先对TFT器件的绝缘层单层薄膜进行研究。论文中采用4种不同的阳极氧化电解溶液和5种不同阳极氧化工艺制备氧化铝薄膜,采用不同氧分压和溅射功率来制备a-IGZO薄膜。为了研究阳极氧化相比其它工艺对漏电流的优化,制备了基于不同工艺下绝缘层为聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate,PMMA）的TFT器件,用于对比实验。由于器件性能不只有绝缘层决定,在不同阳极氧化工艺下制备器件,完成对TFT器件的优化。实验发现由于电解质溶液决定了阳极氧化薄膜的类型,酸性溶液生成多孔型,中性和碱性溶液生成壁垒型,实验发现中性溶液下器件...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板显示器主要类型随着生活质量的提高，对于设备显示性能要求的增加，平板显示的器件主要
电子科技大学硕士学位论文18验中，我们往往对器件的要求是更高的电流开关比，可以使得器件的开态和关态的切换速度更快，也就直接反应了器件的更高灵敏度。通过长期的研究与实际使用情况表明，对于平板显示这一器件来说，正常的电流开关比要在104以上，如果要选作优秀的器件，电流开关比则应该超过106才行。通过公式得知，提高电流开关比的一个重要办法就是降低器件在关态时的漏电流，通过器件结构可知，绝缘层在降低关态电流上发挥重要作用，接下来的章节会在此观点作进一步说明。2.3.3阈值电压图2-2TFT转移特性曲线IDS-VGS阈值电压（VTH），具体可以解释为能够使TFT器件沟道产生导通电流的最小栅压，对于n沟道增强型TFT，未加栅压偏置时TFT内没有导电沟道形成，处于截止状态，故其VTH>0，而对于n沟道耗尽型TFT，未加栅压偏置时TFT内部已经有导通电流产生，处于导通状态，故其阈值电压小于0。当阈值电压更小，可以得到更好的器件性能，因为驱动栅压需要得更校2.3.4亚阈值摆幅亚阈值摆幅（Sub-thresholdSwing，SS）受到TFT器件的介电层和有源层多方面因素影响，主要是器件制备温度，器件栅极施压小等。当器件处于亚阈值区域（栅极电压大于阈值电压）时，在一个特定的源漏电极电压下，器件源漏电流增加一个数量级（10倍）所需要的器件栅压增加量。公式为2-4所示：10=logGSDSVSSI(2-4)实验中通常取SS的最小值，它和VGS有关。SS不仅确定了使TFT从关闭到开启所需的最小的VGS，还提供了有关TFT器件质量的重要信息。其中SS与费米能级（Dsg）处带隙（子隙陷阱）中的陷阱密度的关系为式2-5：
第二章a-IGZOTFT的相关理论及表征手段19ln10159.510sgsgBGGkTeDeDSSeCC[meV×10-1at300K](2-5)对于TFT器件，SS与器件从关态切换到开态的响应速度成反比，与栅压的调控能力成正比。2.4a-IGZOTFT的表征手段2.4.1Keithley4200参数分析仪Keithley4200参数分析仪，是一个测试TFT、有机太阳能电池（OrganicPhotovoltaics，OPV）等半导体器件的电学性能的集成参数分析仪器。可以用它来精确测量TFT器件的转移特性曲线以及输出特性曲线，理论上测量TFT器件的栅压为零的关态电流时，电流精确量级可以达到10-12A。(a)(b)(c)图2-3Keithley4200仪器以及模具图。(a)Keithley4200仪；(b)3M模具；(c)操作界面根据仪器测试结果绘制曲线，仪器图如图2-3（a）所示，本论文的转移特性曲线和输出特性曲线通过该仪器测试。其中TFT器件夹具如图2-3（b）所示，4200仪器软件操作界面如图2-3（c）所示。2.4.2金相显微镜金相显微镜组合了光学显微镜技术、光电转换技术和计算机图像处理技术，可以在计算机上便捷地观察图像。该仪器可以对材料显微组织、低倍组织和断口组织等进行分析研究，可以表征非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大孝分布、取向、空间排布状态等。本论文中使用该仪器观察有机薄膜绝缘层形貌、电极磁控溅射效果和阳极氧化绝缘层效果，主要能在试验结束的短时间内直观了解到实验效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射制备Nb掺杂IZO薄膜光电学性能研究[J]. 曹明杰,赵明,庄大明,郭力,欧阳良琦,孙汝军,詹世璐. 材料研究学报. 2016(09)
[2]α-IGZO薄膜场效应晶体管的光敏特性[J]. 陈立强,杨盛谊,喻志农,薛唯,邹炳锁. 光电子.激光. 2013(05)
[3]退火温度对多孔阳极氧化铝膜形貌的影响[J]. 赵世华,贾廷见,崔玉亭,朱治广,赵青,王文凯,王连伟,蔡娜. 材料导报. 2011(20)
[4]平板显示技术现状和发展趋势[J]. 陈向真. 光电子技术. 2008(01)
[5]电子封装中的铝碳化硅及其应用[J]. 龙乐. 电子与封装. 2006(06)
本文编号：3290416
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板显示器主要类型随着生活质量的提高，对于设备显示性能要求的增加，平板显示的器件主要
电子科技大学硕士学位论文18验中，我们往往对器件的要求是更高的电流开关比，可以使得器件的开态和关态的切换速度更快，也就直接反应了器件的更高灵敏度。通过长期的研究与实际使用情况表明，对于平板显示这一器件来说，正常的电流开关比要在104以上，如果要选作优秀的器件，电流开关比则应该超过106才行。通过公式得知，提高电流开关比的一个重要办法就是降低器件在关态时的漏电流，通过器件结构可知，绝缘层在降低关态电流上发挥重要作用，接下来的章节会在此观点作进一步说明。2.3.3阈值电压图2-2TFT转移特性曲线IDS-VGS阈值电压（VTH），具体可以解释为能够使TFT器件沟道产生导通电流的最小栅压，对于n沟道增强型TFT，未加栅压偏置时TFT内没有导电沟道形成，处于截止状态，故其VTH>0，而对于n沟道耗尽型TFT，未加栅压偏置时TFT内部已经有导通电流产生，处于导通状态，故其阈值电压小于0。当阈值电压更小，可以得到更好的器件性能，因为驱动栅压需要得更校2.3.4亚阈值摆幅亚阈值摆幅（Sub-thresholdSwing，SS）受到TFT器件的介电层和有源层多方面因素影响，主要是器件制备温度，器件栅极施压小等。当器件处于亚阈值区域（栅极电压大于阈值电压）时，在一个特定的源漏电极电压下，器件源漏电流增加一个数量级（10倍）所需要的器件栅压增加量。公式为2-4所示：10=logGSDSVSSI(2-4)实验中通常取SS的最小值，它和VGS有关。SS不仅确定了使TFT从关闭到开启所需的最小的VGS，还提供了有关TFT器件质量的重要信息。其中SS与费米能级（Dsg）处带隙（子隙陷阱）中的陷阱密度的关系为式2-5：
第二章a-IGZOTFT的相关理论及表征手段19ln10159.510sgsgBGGkTeDeDSSeCC[meV×10-1at300K](2-5)对于TFT器件，SS与器件从关态切换到开态的响应速度成反比，与栅压的调控能力成正比。2.4a-IGZOTFT的表征手段2.4.1Keithley4200参数分析仪Keithley4200参数分析仪，是一个测试TFT、有机太阳能电池（OrganicPhotovoltaics，OPV）等半导体器件的电学性能的集成参数分析仪器。可以用它来精确测量TFT器件的转移特性曲线以及输出特性曲线，理论上测量TFT器件的栅压为零的关态电流时，电流精确量级可以达到10-12A。(a)(b)(c)图2-3Keithley4200仪器以及模具图。(a)Keithley4200仪；(b)3M模具；(c)操作界面根据仪器测试结果绘制曲线，仪器图如图2-3（a）所示，本论文的转移特性曲线和输出特性曲线通过该仪器测试。其中TFT器件夹具如图2-3（b）所示，4200仪器软件操作界面如图2-3（c）所示。2.4.2金相显微镜金相显微镜组合了光学显微镜技术、光电转换技术和计算机图像处理技术，可以在计算机上便捷地观察图像。该仪器可以对材料显微组织、低倍组织和断口组织等进行分析研究，可以表征非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大孝分布、取向、空间排布状态等。本论文中使用该仪器观察有机薄膜绝缘层形貌、电极磁控溅射效果和阳极氧化绝缘层效果，主要能在试验结束的短时间内直观了解到实验效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射制备Nb掺杂IZO薄膜光电学性能研究[J]. 曹明杰,赵明,庄大明,郭力,欧阳良琦,孙汝军,詹世璐. 材料研究学报. 2016(09)
[2]α-IGZO薄膜场效应晶体管的光敏特性[J]. 陈立强,杨盛谊,喻志农,薛唯,邹炳锁. 光电子.激光. 2013(05)
[3]退火温度对多孔阳极氧化铝膜形貌的影响[J]. 赵世华,贾廷见,崔玉亭,朱治广,赵青,王文凯,王连伟,蔡娜. 材料导报. 2011(20)
[4]平板显示技术现状和发展趋势[J]. 陈向真. 光电子技术. 2008(01)
[5]电子封装中的铝碳化硅及其应用[J]. 龙乐. 电子与封装. 2006(06)
本文编号：3290416
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