电极缓冲层对IGZO薄膜晶体管性能影响的研究

发布时间：2018-12-12 13:03

【摘要】：自从2004年，K. Nomura等人报道以铟镓锌氧化物半导体为有源层的铟镓锌氧化物薄膜晶体管（InGaZnO Thin Film Transistor, IGZO TFT）以来，IGZOTFT就以场效应迁移率高（≥10cm2/V·s）、制备工艺简单、大面积沉积均匀性好、响应速度快、可见光范围内透过率高等特点，引起了学术界和工业界的广泛关注。目前，IGZO TFT被认为是显示器朝着大尺寸、柔性化方向发展的最有潜力的背板技术。 在IGZO TFT中，氧空位是载流子的主要来源，然而过多的氧空位会导致有源层内部缺陷态增多，进而影响器件的性能。因此，IGZO TFT必须在大气或者氧气环境中，通过退火来消除过多的氧空位，同时减少有源层内部的缺陷。退火后的IGZO薄膜内部和表面的氧含量将增大，随着源漏电极的制备完成，源漏电极的金属原子很容易与有源层中的氧形成接触氧化，增大接触电阻。本文从降低接触电阻入手，研究源漏电极缓冲层对IGZO TFT性能的影响。具体工作如下： 1、采用氧化铝作为器件的绝缘层，制备了底栅顶接触结构的IGZO TFT，，并对器件的有源层厚度进行了优化，当有源层厚度为40nm时，器件性能最优;同时对器件的退火温度进行了优化，实验发现退火温度为200C时，制备出了性能较好的IGZO TFT器件，场效应迁移率为12.1cm2/V·s； 2、分析了器件源漏电极与有源层之间界面处的接触电阻对a-IGZO薄膜晶体管性能的影响。器件工作在饱和区时，载流子在绝缘层有源层界面处形成导电沟道，此时沟道电阻相比于接触电阻可以忽略，总电阻主要取决于器件的接触电阻，即此时接触电阻的大小影响饱和区的源漏电流，进而影响器件的饱和区场效应迁移率。分析了接触氧化的形成及其对器件性能的影响，以常见的电极材料Al作为源漏电极为例，Al原子向有源层扩散，与有源层内部或表面的氧在界面处结合，形成类似氧化铝的基团，这将大大增加源漏电极与有源层之间的接触电阻； 3、针对接触氧化导致的器件性能降低，我们提出采用未退火IGZO作为源漏电极与有源层之间的缓冲层，利用未退火IGZO薄膜的内部及表面氧含量少、导电性好的特点，避免源漏电极与富氧的有源层直接接触，可以有效减少接触氧化，从而提高器件的性能。该方法可以在原位退火之后继续使用与有源层相同的材料溅射生长缓冲层，使得在采用矩形靶溅射方式的工业生产中，制备缓冲层工艺更加简单。研究发现插入4nm未退火IGZO缓冲层时，相对于未采用缓冲层的器件，其饱和区场效应迁移率提高了11.6%，阈值电压降低了3.8V，器件性能有所提高。
[Abstract]:Since, K. Nomura et al reported in 2004 that the indium gallium zinc oxide thin film transistor (InGaZnO Thin Film Transistor, IGZO TFT) with indium gallium zinc oxide semiconductor as the active layer, IGZOTFT has been prepared with high field effect mobility (鈮

本文编号：2374607