溶液加工制备掺杂铟锌半导体薄膜晶体管的研究

发布时间：2020-10-17 09:24

　　 氧化物薄膜晶体管(TFT)因其具有较高的载流子迁移率和良好的电学均一性,有望代替硅基TFT成为下一代显示背板技术。但是目前商用型的氧化物TFT仍然存在着生产成本较高和稳定性较差等缺点。为了降低成本,且制备出高迁移率和良好稳定性的高性能TFT器件,本文以基于溶液加工制备的掺杂氧化铟锌(IZO)作为半导体层,研究了基于溶液法和燃烧合成法制备具有背沟道刻蚀结构(BCE)的氧化铟锡锌(ITZO)TFT的性能,以及溶液法制备Ln系稀土掺杂IZO半导体层对器件稳定性的影响。具体工作如下:(1)实现BCE结构的TFT能够降低生产成本,而且BCE结构能够实现小型精细化器件,有利于高分辨率显示。本文通过溶液法制备ITZO薄膜,研究不同退火温度下不同的In/Zn/Sn比例对有源刻蚀工艺和S/D刻蚀工艺中的刻蚀特性,研究发现当In:Zn:Sn=1:1:2时,能够实现BCE结构,并成功的制备出具有BCE结构的ITZO薄膜晶体管。为了在低温下制备高迁移率的TFT器件,采用燃烧合成法成功制备出高迁移率的ITZO TFT,迁移率达到了8.12 cm~2V~(-1)s~(-1),与传统溶液法相比,器件迁移率提高了6倍以上,且具有良好的电流开关比(4.5×10~7),较低的开启电压(1.61 V)和较小的亚阈值摆幅(0.21 V dec~(-1))。通过对ITZO TFT不同沟道长度性能和PBS稳定性的研究发现,燃烧合成法制备的ITZO TFT具有更高的短沟道性能,而且器件的PBS稳定性更好。同时还研究了钝化材料和薄膜沉积温度对ITZO-Hacac TFT器件的影响,研究发现使用SiO_2薄膜作为钝化层,且沉积温度为250℃时,器件电学性能优异且迁移率最高。(2)氧化物TFT稳定性对TFT在实际工作中尤为重要,我们采用溶液加工制备Ln-IZO薄膜晶体管,获得良好稳定性的TFT器件。我们研究了不同的掺杂浓度对器件的影响,研究发现随着掺杂浓度的增加,器件迁移率逐渐降低;还研究了Ln元素的电负性和原子半径对器件的影响,研究表明Ln-IZO TFT的迁移率不仅与Ln元素的电负性有关,还与Ln元素的原子半径有关。研究发现Ln系元素的电负性越低,Ln-IZO TFT器件的迁移率越低;Ln系元素的原子半径越低,Ln-IZO TFT器件的迁移率越高;最后我们还对比了IZO TFT和Yb-IZO TFT的稳定性,结果表明Yb的掺杂能够有效的改善器件的偏压稳定性,热稳定性以及光稳定性。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN321.5
【部分图文】：

图 1-1 氧化物 TFT 的四种常见的结构 (a) 顶栅顶接触，(b) 顶栅底接触，(c) 底栅顶接触和 (d) 底栅底接触Fig. 1-1 Schematic illustration of oxide TFTs structure (a) top gate top contact, (b)top gatebottom contact, (c) bottom gate top contact and (d) bottom gate bottom contact底栅顶接触结构曾经广泛应用于 a-Si:H TFT 的制备，但是大多数氧化物半导体材料对 S/D 刻蚀工艺中所采用的酸性刻蚀溶液较为敏感，即使是弱酸也可以侵蚀，因此在S/D 电极刻蚀时很容易损伤氧化物半导体有源层，从而影响 TFT 性能。为了避免该问题，人们提出在氧化物半导体有源层上引入一层刻蚀阻挡层来保护有源层避免刻蚀液的损伤的办法。根据是否具有刻蚀阻挡层又将 TFT 进一步分为刻蚀阻挡层型 (ESL) 和背沟道刻蚀型 (BCE) 结构。如图 1-2 所示。

图 1-3 TFT 器件工作原理图Fig. 1-3 Schematic diagram of oxide TFTs氧化物 TFT 主要性能参数TFT 性能评估主要取决于以下几个性能参数：(1) 载流子迁移率，(2) 开启电压，(3电流开关比，(4) 亚阈摆幅。这些性能参数主要从 TFT 的输出特性曲线和转移特性曲线中提取。如图 1-4 所示。

图 1-3 TFT 器件工作原理图Fig. 1-3 Schematic diagram of oxide TFTs氧化物 TFT 主要性能参数TFT 性能评估主要取决于以下几个性能参数：(1) 载流子迁移率，(2) 开启电压，(3)电流开关比，(4) 亚阈摆幅。这些性能参数主要从 TFT 的输出特性曲线和转移特性曲线中提取。如图 1-4 所示。
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本文编号：2844594