IGZO粉末固相反应合成机制研究

发布时间：2018-04-17 21:30

  本文选题：InGaZnO_4 + 固相反应烧结法　； 参考：《昆明理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：铟镓锌氧化物(IGZO)材料是一种典型的透明金属氧化物半导体材料,因其具有优良的电学性能、光学性能以及稳定性而被广泛用于薄膜晶体管(TFTs)的制造,受到了光电领域研究学者和企业的高度关注。目前我国IGZO材料的研究和生产都处于初级阶段,制备得到的IGZO靶材及薄膜大都含有多种物相,难以满足高端IGZO产品的要求,使得IGZO产业链的建立受到影响,进而阻碍我国信息化产业向着更高端化、更自主化的方向发展。因此对IGZO单相粉末制备的研究至关重要。本文主要研究工作为以下几个方面：首先以固相烧结反应法制备IGZO粉末,结合X射线衍射仪以及扫描电镜对制得的粉末进行物相组成和颗粒度的表征,探讨制备过程中工艺参数对粉末品质的影响。固相反应过程中的烧结温度直接决定了制得粉末的物相组成,只有在烧结温度高于1200℃时,才能得到InGaZnO4单相粉末,但如果继续升高烧结温度则会使粉末颗粒度增大。同时粉末颗粒度还会受到烧结时间、球料比以及球磨时间的影响。在一定范围内,随着烧结时间的延长、球料比的增加、球磨时间的延长,粉末颗粒度会逐渐细化,但当烧结时间长于6h、球料比大于10：1或者球磨时间长于18h时,粉末发生团聚,颗粒度反而增大。与此同时实验结果还显示：分散剂的加入不会引入杂质,且大大减少了粉末的团聚现象。根据工艺参数对制备IGZO粉末物相组成及颗粒度的影响而制定了最佳制备工艺：球磨过程球料比为10：1,加入分散剂球磨18h,固相反应过程烧结温度为1200℃,烧结时间为6h。最终制备得到只含有InGaZnO4单相,且颗粒度较小的、分散性较好的、颗粒形状为不规则形的IGZO粉末。在实验的基础上,利用第一性原理计算对实验中生成的InGaZnO4和ZnGa2O4物相的稳定性进行了研究。经过对两种结构模型结合能、生成焓、布居分析以及电子结构的计算和分析,得到了InGaZnO4比ZnGa2O4结构更加稳定的结论。在此结论的基础上对制备IGZO粉末的反应机制进行了研究,对参加反应的生成物及反应物进行了结合能的比较,结合能绝对值从小到大依次为：ZnO Ga2O3 ZnGa2O4 In2O3 InGaZnO4,所以反应路径为：ZnO和Ga203先反应,Ga2O3＋ZnO较低温度ZnGa2O4;然后In203加入反应,ZnGa2O4+ZnO+In2O3较高温度2InGaZnO4。最后利用CASTEP模块对Sn掺杂In203结构的ITO材料模型和以InGaZnO4为代表的IGZO材料模型的电子结构和光学性质进行了计算和对比,结果显示构建的ITO模型与IGZO模型都具有优良的导电性能和光学性能,都可满足制备透明导电薄膜的要求。相比之下,ITO模型的导电性能比IGZO材料更好,而在可见光区及红外光区IGZO材料与ITO材料的光学性能几乎相同,但在紫外光区IGZO材料的吸收系数和反射系数比ITO材料的低。
[Abstract]:Indium gallium zinc oxide (IGZO) is a typical transparent metal oxide semiconductor material, which is widely used in the manufacture of thin film transistors (TFTs) because of its excellent electrical properties, optical properties and stability.It is highly concerned by the researchers and enterprises in the field of optoelectronics.At present, the research and production of IGZO materials in our country are in the primary stage. Most of the prepared IGZO targets and films contain a variety of phases, so it is difficult to meet the requirements of high-end IGZO products, so the establishment of the IGZO industrial chain is affected.And then hinder the development of our information industry towards higher-end, more autonomous direction.Therefore, it is very important to study the preparation of IGZO single phase powder.The main work of this paper is as follows: firstly, IGZO powder was prepared by solid phase sintering reaction. The phase composition and particle size of the powder were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscope.The effect of process parameters on powder quality was discussed.The phase composition of the powder is directly determined by the sintering temperature during the solid state reaction. Only when the sintering temperature is higher than 1200 鈩，

本文编号：1765353