氧化物栅介质薄膜晶体管的制备及性能研究

发布时间：2017-10-24 23:11

  本文关键词：氧化物栅介质薄膜晶体管的制备及性能研究

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【摘要】：溶液法制备薄膜晶体管(Thin Film Transistors,TFTs)相比于传统制备方式的最大优势在于技术简单,具有低成本、简单设备和工艺、成膜均匀和大面积制备等优点而受到了越来越多的关注。本文以基于溶液法制备氧化铝(Al2O3)的薄膜晶体管为研究课题,以获得低电压驱动的高性能器件为目标,重点研究Al2O3绝缘层退火温度对TFT性能的影响,聚合物修饰绝缘层对器件性能的改善以及基于燃烧法低温制备Al2O3薄膜的器件的性能研究。研究内容主要分三部分:1.基于Al2O3绝缘层的TFT器件性能研究。采用高介电常数Al2O3作为绝缘层,研究不同退火温度下的绝缘层对并五苯TFT性能的影响。随着退火温度从150℃增加到350℃,器件性能发生明显变化。绝缘层退火温度为350℃时,器件具有最优性能迁移率高达0.375cm2/(V·s),开关电流比为5.17×103。器件性能的提升主要归因于高温退火下的绝缘层表面粗糙度低,在其上生长的并五苯结晶度提高和绝缘层/半导体层界面陷阱密度少。2.聚合物修饰绝缘层对器件性能的影响研究。在制备了低电压高性能的器件基础上,利用聚合物低界面极性的特性,研究了聚合物修饰绝缘层对器件的影响。与单Al2O3作为绝缘层的器件相比,结果表明使用PMMA修饰绝缘层后,器件性能得到提升,器件迁移率增加到0.496cm2/(V·s),电流开关比提高到5.43×104。器件性能提高归因于低介电常数聚合物修饰绝缘层可以优化表面粗糙度和降低界面极性,减少对载流子在传输过程中的束缚,同时降低界面陷阱密度。3.基于燃烧法制备绝缘层的TFT性能研究。通过在溶液中添加燃料,利用燃料在加热过程中放热反应,从而达到降低绝缘层退火温度的目的。在溶液中添加乙酰丙酮和氨水后,绝缘层退火温度降低到180℃。对薄膜进行I-V、C-V和AFM测试,证明燃烧法可以制备出性能良好的薄膜。在此基础上制备的TFT器件迁移率为0.291cm2/(V·s),电流开关比为8.69×102。基于聚合物修饰可提高器件性能,使用PMMA对绝缘层进行修饰,器件迁移率提高到0.385cm2/(V·s),电流开关比为2.74×103。最终实现溶液法低温制备低电压驱动薄膜晶体管。
【关键词】：TFT Al2O3绝缘层 聚合物修饰 燃烧法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 薄膜晶体管发展历程10-12
• 1.3 薄膜晶体管种类12-15
• 1.3.1 非晶硅薄膜晶体管13
• 1.3.2 低温多晶硅薄膜晶体管13-14
• 1.3.3 有机薄膜晶体管14
• 1.3.4 氧化物薄膜晶体管14-15
• 1.4 薄膜晶体管发展趋势15-16
• 1.5 本论文主要研究内容16-17
• 第二章 薄膜晶体管基础理论17-27
• 2.1 薄膜晶体管结构和工作原理17-18
• 2.1.1 薄膜晶体管结构17-18
• 2.1.2 薄膜晶体管工作原理18
• 2.2 薄膜晶体管的基本参数18-22
• 2.2.1 输出与转移特性曲线18-20
• 2.2.2 阈值电压20
• 2.2.3 迁移率20-21
• 2.2.4 电流开关比21-22
• 2.2.5 亚阈值斜率22
• 2.3 薄膜晶体管材料选择22-25
• 2.3.1 半导体层材料22-23
• 2.3.2 绝缘层材料23-25
• 2.3.3 电极材料25
• 2.4 薄膜的分析表征25-26
• 2.4.1 原子力显微镜25
• 2.4.2 介电性能分析25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 薄膜晶体管器件的制备及研究27-50
• 3.1 实验设计27
• 3.2 薄膜晶体管器件的制备及测试27-32
• 3.2.1 基片清洗28
• 3.2.2 绝缘层制备28-30
• 3.2.3 有源层制备30
• 3.2.4 金属电极制备30-31
• 3.2.5 器件性能的测试31-32
• 3.3 Al_2O_3绝缘层退火温度对器件性能影响的研究32-41
• 3.3.1 退火温度对Al_2O_3薄膜电学特性的影响32-34
• 3.3.2 退火温度对Al_2O_3薄膜结晶性影响34-35
• 3.3.3 不同退火温度下Al_2O_3薄膜表面形貌35-36
• 3.3.4 基于Al_2O_3不同退火温度下Pentacene薄膜形貌36-37
• 3.3.5 退火温度对器件性能的影响37-41
• 3.4 修饰Al_2O_3绝缘层对器件性能影响的研究41-48
• 3.4.1 聚合物修饰对绝缘层电学特性的影响41-43
• 3.4.2 聚合物修饰对绝缘层表面形貌的影响43-44
• 3.4.3 聚合物修饰绝缘层对Pentacene薄膜形貌的影响44-45
• 3.4.4 聚合物修饰绝缘层对器件性能的影响45-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 燃烧法低温制备薄膜晶体管器件50-58
• 4.1 实验设计51
• 4.2 燃烧法对绝缘层电学特性的影响51-53
• 4.3 燃烧法对绝缘层表面形貌的影响53-54
• 4.4 基于燃烧法制备绝缘层对Pentacene形貌的影响54
• 4.5 基于燃烧法制备绝缘层对器件性能的影响54-56
• 4.6 本章小结56-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 全文总结58-59
• 5.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66
• 硕士期间取得的研究成果66-67

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