CuNiSnO与ZnMgSnO非晶氧化物半导体薄膜研究及其薄膜晶体管应用

发布时间：2020-05-09 04:39

【摘要】：本文的研究工作大致分为两部分,第一部分是p型非晶氧化物薄膜制备和对其性能的研究,第二部分是n型非晶氧化物薄膜的制备和以其为有源层材料制备的TFTs器件的研究。在未来,电子设备将趋向于发展为透明柔性,因而TFTs器件的透明柔性化是不可或缺的重要一环。以非晶氧化物半导体薄膜作为沟道层制备的TFTs器件,因制备温度较低可在柔性衬底上生长、可见光范围透明度高,成为透明柔性电子设备的研究热点之一。目前研究较为成熟且已经取得广泛商业化应用的就是非晶InGaZnO体系材料。但由于In和Ga元素的储量十分有限,出于未来可持续发展的考虑,开发新的材料体系取代这两种元素具有重要意义。而p型TFTs器件是逻辑电路的重要部分,故在开发透明柔性逻辑电路方面,满足对p型非晶氧化物的需求十分关键。基于以上考虑,我们一方面制备出一种新的p型非晶氧化物CuNiSnO并对其光学、电学等各方面性能进行了深入研究;另一方面还采用Sn和Mg元素,分别取代In和Ga元素,制备出一种新的n型非晶氧化物ZnMgSnO和相应的TFTs器件。主要内容如下:1.采用脉冲激光沉积方法制备出p型非晶氧化物CuNiSnO,研究材料生长时的衬底温度对其性能的影响。所有制备的薄膜样品均为非晶态,成分分布均匀,表面光滑平整,平均可见光透过率在80%以上。100℃条件下所得薄膜具有最佳电学性能,空穴浓度达到约4×1O15cm-3,电阻率约为8×103 Ω·cm。2.以100℃条件下所得CuNiSnO薄膜为有源层,成功制备出p型TFTs器件,场效应迁移率μFE为0.0764 cm21S-1,开关态电流比Ion/Ioff约为103,器件性能同n型相比还有较大差距,但对于p型非晶氧化物TFTs器件的研究推进具有重要意义。3.采用溶液旋涂方法制备出n型非晶氧化物ZnMgSnO,研究Mg含量对材料性能的影响。所有制备的薄膜样品均为非晶态,可见光透明度高,但粗糙度较大。随Mg含量的升高,氧空位浓度降低,载流子浓度下降,故ZnMgSnO中的Mg元素同InGaZnO材料体系中的Ga元素有相同作用。4.将所得ZnMgSnO薄膜作为有源层制备TFTs器件,获得的综合性能最佳器件的沟道层为Mg含量为0.5的薄膜,具体性能指标数值如下:场效应迁移率μFE为0.083mc2·V-1·S-1,开关态电流比Ion/Ioff约为3.0×105,阈值电压Vth为0.513V。对这种新的n型非晶氧化物体系的研究为寻找取代InGaZnO TFTs有源层的材料体系做出了一定探索。
【图文】：

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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TN321.5

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