非晶IGZO薄膜晶体管的光照特性研究

发布时间：2017-10-26 04:32

  本文关键词：非晶IGZO薄膜晶体管的光照特性研究

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【摘要】：如今,在电子器件大范围应用领域,电子透明显示是学术界讨论最为广泛的话题之一,其关键组成部分是宽禁带半导体材料。在过去的几年里,基于薄膜晶体管(TFT)技术生产的电子显示设备广泛普及,成为互联网时代下的信息传递的窗口。在平板显示领域,主要有两种解决方案,一是氢化的非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT),二是低温制备的多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)。目前市场上已存在的诸如有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED和有源矩阵液晶显示器(AMLCD)等,都是采用上述两种技术制备而成。随着社会的进步和人们对视觉享受的不断追求,电子显示产品的性能需要不断提高,而a-Si:H TFT和LTPS TFT已经不也能满足市场需求。近期研究学者发现,氧化物等新材料制备的薄膜晶体管由于其优异的电学性能,已经受到大家的特别重视,并且被确立为下一代平板显示器最有前景的技术之一。相比较a-Si:H TFT和LTPS TFT,非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)具有更为突出的优点,如具有较高的光学透过率、关态下较低的漏电流、比较低的制备温度、较高的场效应迁移率等。然而,当a-IGZO TFT应用在实际的电路系统中,其电学稳定的重要性显得至关重要,尤其是面板显示的背光照射和应用于紫外探测器中的紫外光照射对a-IGZO TFT的电学稳定性产生影响,为此,我的主要工作是制备a-IGZO TFT器件,在此基础上进行相关光照研究,以下是我主要进行的两部分工作：1.采用背栅设计方法,在硅衬底上制备a-IGZO TFT的独立器件,TFT初始性能良好。当在器件栅极施加恒定正向偏压(PBS),由于沟道层与栅氧化层界面载流子的捕获效应,转移特性曲线向右移动,阈值电压变大,器件性能退化,实验中采用白光照射器件,可以改善器件性能的退化程度,具体表现为,在黑暗环境和光照条件下,PBS持续时间长达1500 s后,阈值电压漂移大小分别为1.62 V和1.16 V,这是因为白光的子带隙能量能够激发沟道和介质层界面的载流子跃迁至导带,减弱应力引起的载流子捕获效应。其次,白光照射可以释放部分被捕获的电子,界面散射的减弱改善迁移率的退化,因此黑暗环境和光照条件下,场效应迁移率分别降低了1.44 cm2/V.s和1.15 cm2/V.s。此外,进一步研究发现光照可以加速器件性能的恢复,甚至将界面原先存在的捕获载流子激发出去,最终使器件具有比平衡状态下更好的性能参数。2. 在石英片衬底上制备性能良好a-IGZO TFT的独立器件,沟道宽长比W/L为100 μm/5μm,开启电压约为2.43 V,经计算得出亚阈值摆幅为0.58 V/dec,此外,器件场效应迁移率为20.56 cm2/V.s。用紫外光照射a-IGZO TFT有源沟道区域,有效的照射能量大小范围为6 J/cm2到96 J/cm2,紫外照射引起a-IGZO有源层载流子浓度上升,导致器件开启电压几乎呈线性从2.43 V减小到-5.56 V。亚阈值摆幅值明显退化,这表面紫外光照下TFT沟道内有新缺陷态产生。与此同时,场效应迁移率不断降低,这是由于被捕获的载流子形成强静电散射中心,加强了界面的散射作用。此外,根据电子能谱来观察a-IGZO有源层氧含量的变化,激光照射前后,氧空位含量从29.4%增加到43.3%,这说明氧空位增加的含量是a-IGZO薄膜在被紫外照射后产生的,同时也与沟道内载流子浓度增加的解释相一致。最后,我还对紫外激光照射后器件的恢复过程也进行了研究,经过长达两个月的时间,器件性能基本可以恢复至初始状态。这表明紫外照射在a-IGZO薄膜内引起的氧空位和相关缺陷态不是稳定的,会随时间逐渐湮灭。
【关键词】：非晶铟镓锌氧基薄膜晶体管 白光照射 紫外激光照射
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-36
• 1.1 引言10-11
• 1.2 含氢非晶硅薄膜晶体管的研究现状与技术局限11-15
• 1.3 低温多晶硅薄膜晶体管的研究现状与技术局限15-17
• 1.4 a-IGZO TFT的基本性质17-22
• 1.5 a-IGZO TFT的应用前景和存在的科学问题22-26
• 1.6 本论文的主要研究内容26-28
• 参考文献28-36
• 第二章 白光照射下a-IGZO TFT稳定性的研究36-50
• 2.1 背景介绍36-37
• 2.2 a-IGZO TFT的工艺制备过程37-40
• 2.3 白光照射对a-IGZO TFT稳定性的影响40-43
• 2.4 白光照射对a-IGZO TFT性能恢复的影响43-45
• 2.5 本章小结45-47
• 参考文献47-50
• 第三章 紫外光照射下a-IGZO TFT稳定性的研究50-64
• 3.1 背景介绍50-51
• 3.2 a-IGZO TFT的工艺制备过程51-53
• 3.3 紫外光照射对a-IGZO TFT稳定性的影响53-57
• 3.4 a-IGZO TFT性能退化和恢复机制的分析57-60
• 3.5 本章小结60-61
• 参考文献61-64
• 第四章 工作总结与展望64-67
• 4.1 主要结论64-65
• 4.2 研究展望65-67
• 发表论文目录67-68
• 致谢68-69

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