基于复合绝缘层的a-IGZO薄膜晶体管制备及其性能研究
发布时间：2020-09-16 09:42
自2003年细野秀雄教授发现并首次应用非晶态的氧化铟稼锌薄膜材料(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide,a-IGZO)制备薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)以来,a-IGZO TFT凭借其高迁移率、可见光区透明及非晶态结构等诸多优势,被认为是可应用于大尺寸显示及柔性显示领域的下一代薄膜晶体管材料。本论文主要研究基于复合绝缘层的a-IGZO TFT器件制备工艺对器件性能的影响,其中包括单Al_2O_3绝缘层与单聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)绝缘层的a-IGZO TFT器件制备工艺,Al_2O_3与PMMA复合绝缘层的制备工艺,以及有源层制备条件对复合绝缘层a-IGZO TFT器件性能的影响,具体内容为:(1)首先研究了氧分压和溅射功率对a-IGZO薄膜表面形貌及导电性能的影响,以获得制备TFT所采用的a-IGZO溅射工艺条件。结果表明:氧分压范围从0%到4%时,电阻率随氧分压升高而显著增大,表面粗糙度均方根值(Root Mean Square,RMS)则是先下降后升高,在2%时达到最优;溅射功率范围从120W到210W时,电阻率与表面粗糙度均随溅射功率升高而下降,但变化幅度较小,在180W以后不再出现明显变化。综合分析从而得出了a-IGZO薄膜的最佳制备工艺为氧分压2%,溅射功率180W。(2)在确定IGZO制备工艺的基础上,分别研究了基于反应磁控溅射法制备Al_2O_3绝缘层和旋涂法制备PMMA绝缘层的a-IGZO TFT器件。针对单Al_2O_3绝缘层器件,改变氧分压从16%到28%,分析得出氧分压为20%时制备的Al_2O_3薄膜表现出较好的绝缘性能,器件的关态漏电流降到10-7A量级的同时载流子迁移率提高至1.41cm2/V·s;随后基于单PMMA绝缘层,研究旋涂的速率对薄膜厚度及对应TFT器件的影响,旋涂法制备的薄膜表面粗糙度均小于0.5nm,远小于反应溅射Al_2O_3的结果,对应的TFT器件的关态性能较好,最小关态电流达到了10-9A,相比Al_2O_3下降了2个数量级,但器件的饱和输出能力较差。(3)通过分析单绝缘层器件的优缺点,研究基于Al_2O_3和PMMA复合绝缘层的a-IGZO TFT器件与单绝缘层器件的性能对比,以及改变有源层溅射功率对复合绝缘层器件的影响。结果表明复合绝缘层可以有效降低器件的关态电流和亚阈值摆幅,开关比提升了近10倍,性能得到提升;通过对溅射功率的研究发现,随着溅射功率的提高,器件性能呈现出先上升后下降的趋势,功率为180W时的器件性能最好,载流子迁移率达到了1.23cm2/V·s,开关比为3×104,亚阈值摆幅降低到4.4V/dec。(4)最后研究了导电a-IGZO缓冲层对复合绝缘层TFT器件的影响。发现通过添加一层3nm厚的导电性a-IGZO缓冲层,器件的开态漏电流提高了一个数量级,同时关态漏电流下降了一个数量级,开关比提升到3.8×106,载流子迁移率提高到4.32cm2/V·s,是无缓冲层器件的3.43倍,阈值电压下降了36%,亚阈值摆幅降低至1V/dec。表明了a-IGZO缓冲层同样具有改善沟道界面性能的作用。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TN321.5;TB383.2
【部分图文】：
电子科技大学硕士学位论文并首次应用在柔性 TFT 制作上，研究结果 PLD 法在室温氧气环境下沉积 a-IGZO 薄膜 IGZO4（In:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9）材料。虽然制 IGZO TFT 下降了许多，但也仍达到了 8.3 .6V，并且在器件弯曲之后仍保持性能下降不T 的结构如图 1-2 所示。
和衬底之间加直流电源，所需的功率较小，通常在 100W~200W 左右；反应磁控溅射用来制备氧化铝绝缘层薄膜，同样是直流电源，但所需功率较高（800W~900W）。二者都可以通过调节溅射气体的比例（如 Ar：O2），来控制薄膜的质量。其中直流磁控溅射设备控制系统如图 2-4 所示，图 2-3 磁控溅射原理示意图S NAr+Ar+e-e-ArAre-e-MMM等离子体真空腔二次电子体正极固态靶材M沉积薄膜基座挡板O2
第二章 薄膜晶体管的相关理论、制备与表征方法3×10-2torr 以下，打开 LM 和 PM 腔的连接闸门，待两侧气压平衡以后，使用 manualmove（传送指令）将基板从 LL 腔移动至 PM 腔的载物台上。然后依次进行编译溅射参数指令、打开直流磁控电源、测试溅射气体等步骤。本设备可以供编译的参数有溅射功率、溅射时间、溅射气体比例（Ar：O2）、靶基距和腔体稳定气压等参数。溅射完成后，首先关闭磁控电源，再通过传送指令将基板传送回 LL 腔体，使用 Vent 指令对 LM 腔充入 N2，直至腔内与大气气压平衡，才能取出基板。如图 2-5 所示为反应磁控溅射设备控制系统。该设备包含若干腔室，其中需要使用的部分为 LM 腔（缓存腔）、TM 腔（传送腔）、SP 腔（反应溅射腔）。TM 腔与 SP 腔在使用时气压维持在 10-7torr 以下。
本文编号：2819706
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TN321.5;TB383.2
【部分图文】：
电子科技大学硕士学位论文并首次应用在柔性 TFT 制作上，研究结果 PLD 法在室温氧气环境下沉积 a-IGZO 薄膜 IGZO4（In:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9）材料。虽然制 IGZO TFT 下降了许多，但也仍达到了 8.3 .6V，并且在器件弯曲之后仍保持性能下降不T 的结构如图 1-2 所示。
和衬底之间加直流电源，所需的功率较小，通常在 100W~200W 左右；反应磁控溅射用来制备氧化铝绝缘层薄膜，同样是直流电源，但所需功率较高（800W~900W）。二者都可以通过调节溅射气体的比例（如 Ar：O2），来控制薄膜的质量。其中直流磁控溅射设备控制系统如图 2-4 所示，图 2-3 磁控溅射原理示意图S NAr+Ar+e-e-ArAre-e-MMM等离子体真空腔二次电子体正极固态靶材M沉积薄膜基座挡板O2
第二章 薄膜晶体管的相关理论、制备与表征方法3×10-2torr 以下，打开 LM 和 PM 腔的连接闸门，待两侧气压平衡以后，使用 manualmove（传送指令）将基板从 LL 腔移动至 PM 腔的载物台上。然后依次进行编译溅射参数指令、打开直流磁控电源、测试溅射气体等步骤。本设备可以供编译的参数有溅射功率、溅射时间、溅射气体比例（Ar：O2）、靶基距和腔体稳定气压等参数。溅射完成后，首先关闭磁控电源，再通过传送指令将基板传送回 LL 腔体，使用 Vent 指令对 LM 腔充入 N2，直至腔内与大气气压平衡，才能取出基板。如图 2-5 所示为反应磁控溅射设备控制系统。该设备包含若干腔室，其中需要使用的部分为 LM 腔（缓存腔）、TM 腔（传送腔）、SP 腔（反应溅射腔）。TM 腔与 SP 腔在使用时气压维持在 10-7torr 以下。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 曹明杰;赵明;庄大明;郭力;欧阳良琦;孙汝军;詹世璐;;磁控溅射制备Nb掺杂IZO薄膜光电学性能研究[J];材料研究学报;2016年09期
2 陈向真;;平板显示技术现状和发展趋势[J];光电子技术;2008年01期
本文编号：2819706
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