铟基氧化物薄膜晶体管的制备与电学性质研究

发布时间：2020-05-30 17:09

【摘要】：进入21世纪以来,薄膜晶体管在可穿戴柔性电子,平板显示等显示领域得到了广泛的应用,其性能决定了这些显示器的分辨率和尺寸。目前,在市场上应用的非晶硅薄膜晶体管由于其迁移率低、稳定性差、光敏性强;多晶硅薄膜晶体管由于其表面均匀性差,成本高,这些都限制了它们在薄膜晶体管上的应用。与之相比较氧化物薄膜晶体管以其优异的电学性质,良好的光学透过率,可以实现大规模制备,成为了主流的薄膜晶体管材料。氧化铟(In_2O_3)是一种宽禁带氧化物半导体材料,具有良好的光学透过率,迁移率,从而受到了人们的广泛关注。本文采用溶胶凝胶法制备了以铟基氧化物作为沟道层的底栅顶薄膜晶体管(TFT),并研究了其性能,本文主要分为三部分:(1)使用溶胶凝胶法,在SiO_2/Si衬底上制备In_2O_3薄膜晶体管。研究了In_2O_3薄膜的结构,形貌,光学和电学性能。从XRD图像中,发现In_2O_3薄膜呈现出结晶状态(沿(222)方向)。In_2O_3薄膜在可见光区透过率大于90%,光学带隙为Eg=3.54eV。在300℃制备的In_2O_3-TFT,具有较高的迁移率(μ=2cm~2V~(-1)s~(-1)),较大的阈值电压(V_(Th)=-18V)和亚阈值摆幅(10V/dec),以及较小的开关电流比(I_(on)/I_(off)=6×10~2)。(2)使用溶胶凝胶法,在SiO_2/Si衬底上制备锆掺杂氧化铟(IZrO)和铝掺杂氧化铟(IAO)薄膜晶体管。制备了不同浓度的Zr掺杂In_2O_3薄膜,并进行了薄膜表征,全部IZrO薄膜呈现结晶态,在可见光区透过率大于90%。在不同浓度的Zr掺杂中发现其在7%掺杂时具有良好的电学性质(I_(on)/I_(off)=3.84×10~4,V_(Th)=-4V,μ=0.02cm~2V~(-1)s~(-1))。我们又对IAO薄膜晶体管进行不同浓度,不同厚度的电学性质进行研究,发现在掺杂浓度为5%时,匀胶厚度为4层(24nm)时具有良好的电学性质I_(on)/I_(off)=2×10~5,V_(Th)=0V,μ=0.09cm~2V~(-1)s~(-1)。同时也探究了紫外(UV)照射协助退火处理对薄膜晶体管性质的影响,在对其进行UV处理时长为25min时具有良好的电学性质V_(Th)=-1.5V,μ=0.05m~2V~(-1)s~(-1),I_(on)/I_(off)=2×10~5,ΔV_(Th)=1.2 V,SS=0.25 V/dec。(3)使用溶胶凝胶法,在SiO_2/Si衬底上制备IAO/In_2O_3双层膜薄膜晶体管,并与单层IAO、In_2O_3薄膜晶体管进行了比较,我们获得了双层膜薄膜晶体管的迁移率(μ=1.1cm~2V~(-1)s~(-1))大于IAO-TFT的迁移率(μ=0.02cm2V~(-1)s~(-1)),稳定性(ΔV_(Th)=3.1V)大于In_2O_3-T FT的稳定性(ΔV_(Th)=6V)。而且还分析了In_2O_3薄膜的厚度对双层薄膜晶体管的性质以及稳定性的影响,实验结果表明In_2O_3薄膜厚度在6nm时,TFT的性能达到最佳其迁移率为1.2cm~2V~(-1)s~(-1),开关电流比为1.13×10~4,正向偏压为3.9V。
【图文】：

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图 1-1 TFT-LCD 像素单元等效电路图1.3.2 TFT 在 OLED 中的应用TFT 在有机二极管（OLED）作为有源驱动对像素单元进行控制，，与 LCD不同，OLED 采用电流驱动，其亮度与驱动电流成正比。选择复杂的电流驱动

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【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5

【参考文献】