基于SiN_x绝缘层的a-IGZO TFT性能提高的研究

发布时间：2017-03-29 15:01

  本文关键词：基于SiN_x绝缘层的a-IGZO TFT性能提高的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化物半导体薄膜晶体管(Oxide Semiconductor Thin Film Transistor,AOS TFT)因具有良好的电学特性和光学特性,在学术界、工业界受到了广泛关注。尤其是非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(Amorphous In Ga Zn O Thin Film Transistor,a-IGZO TFT),以其场效应迁移率高、功耗低、工艺简单、响应速度快、大面积均匀性好、可见光范围内透过率高等优点被认为是有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)和有源矩阵液晶显示器(Active Matrix Liquid Crystal Display,AMLCD)驱动电路的核心部件,也被认为是随着显示器向大尺寸、柔性化、轻便方向发展的最具有竞争力的背板驱动技术。但是a-IGZO TFT仍存在较多问题,如绝缘层与有源层之间界面缺陷态较大,器件稳定性仍有待提高等,本文针对基于氮化硅(Si Nx)绝缘层的a-IGZO TFT性能较差的问题,首先对器件的有源层厚度和退火温度进行优化,并提出采用原子层沉积技术(ALD)生长均匀、致密的三氧化二铝(Al2O3)薄层作为Si Nx绝缘层的修饰层来提高器件偏压稳定性,具体工作如下:(1)采用氮化硅作为器件的绝缘层,制备了底栅顶接触型结构的a-IGZO TFT,并对器件的有源层厚度进行了优化,当a-IGZO厚度为40nm时,器件性能最优;同时对TFT器件的后续退火温度进行了优化,实验发现当退火温度为250℃时,制备出的a-IGZO TFT器件性能较好,器件的场效应迁移率为2.48cm2/V·s;(2)进一步对a-IGZO TFT器件性能进行优化,分析基于Si Nx绝缘层的a-IGZO TFT器件在磁控溅射生长a-IGZO有源层过程中对Si Nx绝缘层产生了伤害,导致器件有源层-绝缘层接触界面缺陷态密度较大,采用5nm Al2O3薄层作为绝缘层的修饰层之后,与未修饰器件相比,电学性能均有不同程度的提高;并对修饰层厚度进行了优化,研究发现当修饰层厚度为4nm时,器件性能最优,器件的场效应迁移率为7.11cm2/V·s,器件在1小时复合偏压应力测试后,阈值电压漂移最小,仅为1.41V;(3)对最优器件和未经过修饰的对比器件进行了偏压稳定性分析,ΔVTH满足拉伸指数方程,实验结果表明,最优器件和对比器件经过1小时释放后均可以很好的恢复到初始状态,即符合电荷注入模型,说明导致器件阈值电压正向漂移的原因是载流子被绝缘层与有源层接触界面的缺陷态捕获,进一步通过计算得出采用4nm修饰层后,器件有源层-绝缘层接触界面的缺陷态密度由2.79×1012cm-2降低到2.31×1012cm-2,器件性能得以提高。
【关键词】：a-IGZO薄膜晶体管 场效应迁移率 阈值电压漂移 缺陷态密度
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10-12
• 1.2 薄膜晶体管的发展历程12-17
• 1.3 a-IGZO TFT的研究现状17-21
• 1.4 a-IGZO TFT存在的问题及本论文的主要工作21-23
• 第2章a-IGZO TFT的基础理论23-34
• 2.1 a-IGZO薄膜的制备及导电机理23-27
• 2.1.1 a-IGZO薄膜的制备工艺23-25
• 2.1.2 a-IGZO薄膜的导电机理25-26
• 2.1.3 a-IGZO薄膜内部载流子来源26-27
• 2.2 a-IGZO TFT的基本结构、工作原理及参数27-34
• 2.2.1 a-IGZO TFT的基本结构27-30
• 2.2.2 a-IGZO TFT的工作原理30-32
• 2.2.3 a-IGZO TFT的主要参数32-34
• 第3章 a-IGZO TFT的制备与优化34-45
• 3.1 a-IGZO TFT的制备34-35
• 3.2 器件性能测试设备35-36
• 3.3 有源层厚度的优化36-40
• 3.4 退火温度的优化40-44
• 3.5 小结44-45
• 第4章 Al_2O_3修饰SiN_x绝缘层提高a-IGZO TFT性能的研究45-62
• 4.1 Al_2O_3修饰层对a-IGZO TFT器件性能的影响45-48
• 4.2 Al_2O_3修饰层厚度的优化48-57
• 4.3 表面形貌分析57-58
• 4.4 偏压稳定性分析58-61
• 4.5 小结61-62
• 第5章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介及研究生期间科研成果68-69
• 致谢69

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本文编号：274724