全透明a-IGZO薄膜晶体管的制备及其性能的研究
发布时间：2020-03-21 17:43
【摘要】：氧化物薄膜晶体(TFT)具有迁移率高、可低温制备、可大面积制备、均匀性好、透明等一系列优点,所以在全透明显示以及柔性显示领域都有着巨大的发展潜力。本论文根据某些氧化物薄膜透明度高的这一特点制备了一系列基于a-IGZO材料为沟道层的全透明TFT。论文中成功的制备了全透明TFT,并且对全透明器件的绝缘层以及电极进行了研究以及优化。本论文的具体内容如下:(1)首先对全透明器件的绝缘层进行研究。论文中采用PMMA、PVA两种材料来作为全透明器件的绝缘层,并且分别制备了不同绝缘层转速下的TFT。研究发现,旋涂法制备的PMMA、PVA薄膜表面形貌良好,但PMMA薄膜的表面形貌要更为优异,并且提高旋转速度可以提高器件的整体性能。总体上,PVA薄膜的绝缘性能要优于PMMA薄膜,但是由于PVA薄膜表面形貌稍差,所以后续的研究选择了 PMMA作为器件的绝缘层。(2)确定了PMMA绝缘层的最佳转速之后,又对器件的电极进行了一系列的研究。首先研究了 ITO、IGZO这两种薄膜在不同制备工艺下光电性能有何改变。在0%氧分压、溅射功率为125 W、溅射时间为1500 s,腔体压强为1 mTorr下制备出的ITO薄膜电阻率最低,为1.54×10-4Ω·cm;在0%氧分压、溅射功率为125 W、溅射时间为1500 s、腔体压强为1 mTorr下制备的IGZO薄膜电阻率最低。(3)确定了透明电极的最佳制备工艺之后,制备了基于IGZO以及ITO作为透明电极的全透明TFT,两种器件都展示出了一定的性能,其中基于ITO电极的全透明TFT的性能更为优异。基于ITO电极的TFT开关比为1.7×104,迁移率为6.335 cm2V-1s-1,阈值电压为0.8 V,亚阈值摆幅为1.9 V/decade。基于IGZO电极的TFT开关比为0 696×103,迁移率为4.101cm2V-1s-1,阈值电压为3.1V,亚阈值摆幅为6.4 V/decade。(4)为了提高基于IGZO透明电极的器件的整体性能,还对器件进行了退火处理,研究发现退火可以改善绝缘层与有源层之间的界面缺陷,提高载流子迁移率,退火后,器件的迁移率提高到了 6.065 cm2V-1s-1,阈值电压从3.1V下降到了 1.6V。为了进一步提高器件的性能,制备了基于复合绝缘层的全透明TFT。在原有的PMMA绝缘层之前增加了一层超薄的原子层沉积(ALD)的氧化铝,复合绝缘层器件的迁移率为5.99 cm2V-1s-1,开关比为0.87×104,阈值电压以及亚阈值摆幅分别为2.6 V和3.5 V/decade。
【图文】：
第一章 绪论外优势，所以现在普遍获得的电性能远优于 a-Si:H 或有机 TFT[33]。此外如果想进一步实现全透明氧化物 TFT，还需要在室温下沉积透明的氧化物半导体作为栅极以及源漏电极[34-36]。关于氧化物 TFT 另一个重要的方面就是介电材料。除了氧化物半导体的巨大发展外，介质层同样非常重要，因为它的特性决定了介质与半导体界面的电荷积累。由于界面缺陷的存在以及介质本身的缺陷，很大程度上限制了器件的性能以及稳定性，会影响器件的漏电流以及光稳定性等参数。光稳定性也是氧化物 TFT 非常重要的一个课题，目前，尚未对不稳定性的根源达成共识。众所周知，氧化物 TFT的光稳定性主要是由负偏压引起的。此外，器件结构、半导体材料、介质层材料、钝化层等许多参数也会影响到器件的光稳定性。综上所述，氧化物半导体似乎为 TFT 的现在和未来提供了一种可行的替代方案，透明，可低温制备，成本低，高性能等一系列优势弥补了现有技术的重大缺陷，是一种非常有吸引力的技术。图 1-1 为 TFT 的历史进程图。
第二章 a-IGZO 薄膜晶体管的相关理论及测试平台2.1 a-IGZO TFT 的常见类型TFT 是一种典型的三端场效应器件，主要是由五个部分组成，即栅极，绝缘层，沟道层（又称为活性层或者有源层）以及源漏电极。其中绝缘层在器件的整体性能和稳定性上发挥着重要的作用，这一点，在文章的实验部分也将进行详细的阐述。绝缘层材料一般分为无机材料（氧化硅）和有机材料（如 PMMA、PVA 等）。有机材料制备温度低，制备过程相对简单，但是熔点较低，对器件的退火操作有一定的限制，无机材料熔点较高，可进行高温下的退火操作，但同时制备温度也较高。源漏电极为器件提供电流通道，，其材料需要电阻无限接近于零，有源层与源漏电极界面的接触电阻也是一个值得关注的问题。Shimura[76]等人对比了几种电极（Cu、Pt、Al、Au、ITO、Ag、ZTO），结果发现除了 Au 和 Pt 为肖特基接触外，其他均为欧姆接触。目前为了顺应 TFT 器件的透明化、柔性化的趋势，电极材料也正在向透明化的方向发展，文章的实验部分也对此进行了研究。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5
本文编号：2593699
【图文】：
第一章 绪论外优势，所以现在普遍获得的电性能远优于 a-Si:H 或有机 TFT[33]。此外如果想进一步实现全透明氧化物 TFT，还需要在室温下沉积透明的氧化物半导体作为栅极以及源漏电极[34-36]。关于氧化物 TFT 另一个重要的方面就是介电材料。除了氧化物半导体的巨大发展外，介质层同样非常重要，因为它的特性决定了介质与半导体界面的电荷积累。由于界面缺陷的存在以及介质本身的缺陷，很大程度上限制了器件的性能以及稳定性，会影响器件的漏电流以及光稳定性等参数。光稳定性也是氧化物 TFT 非常重要的一个课题，目前，尚未对不稳定性的根源达成共识。众所周知，氧化物 TFT的光稳定性主要是由负偏压引起的。此外，器件结构、半导体材料、介质层材料、钝化层等许多参数也会影响到器件的光稳定性。综上所述，氧化物半导体似乎为 TFT 的现在和未来提供了一种可行的替代方案，透明，可低温制备，成本低，高性能等一系列优势弥补了现有技术的重大缺陷，是一种非常有吸引力的技术。图 1-1 为 TFT 的历史进程图。
第二章 a-IGZO 薄膜晶体管的相关理论及测试平台2.1 a-IGZO TFT 的常见类型TFT 是一种典型的三端场效应器件，主要是由五个部分组成，即栅极，绝缘层，沟道层（又称为活性层或者有源层）以及源漏电极。其中绝缘层在器件的整体性能和稳定性上发挥着重要的作用，这一点，在文章的实验部分也将进行详细的阐述。绝缘层材料一般分为无机材料（氧化硅）和有机材料（如 PMMA、PVA 等）。有机材料制备温度低，制备过程相对简单，但是熔点较低，对器件的退火操作有一定的限制，无机材料熔点较高，可进行高温下的退火操作，但同时制备温度也较高。源漏电极为器件提供电流通道，，其材料需要电阻无限接近于零，有源层与源漏电极界面的接触电阻也是一个值得关注的问题。Shimura[76]等人对比了几种电极（Cu、Pt、Al、Au、ITO、Ag、ZTO），结果发现除了 Au 和 Pt 为肖特基接触外，其他均为欧姆接触。目前为了顺应 TFT 器件的透明化、柔性化的趋势，电极材料也正在向透明化的方向发展，文章的实验部分也对此进行了研究。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5
【参考文献】
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2 陈耀文;林月娟;张海丹;沈智威;沈忠英;;扫描电子显微镜与原子力显微镜技术之比较[J];中国体视学与图像分析;2006年01期
3 朱杰,孙润广;原子力显微镜的基本原理及其方法学研究[J];生命科学仪器;2005年01期
本文编号：2593699
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