激光对固态电解质金属氧化物薄膜晶体管性能的影响
发布时间：2021-11-07 16:55
基于固态电解质的金属氧化物薄膜晶体管具有良好的环境稳定性和优异的电学性能,因而具有巨大的应用潜力。针对传统基于固态电解质金属氧化物薄膜晶体管调控方式工艺复杂、制备时间长的问题,本文采用高k固态电解质Ta2O5作为栅绝缘层,透明氧化铟锡（ITO）作为有源层以及源漏电极,在沉积半导体层和电极之前,利用飞秒激光对Ta2O5绝缘层薄膜进行照射处理。探究了不同激光强度对固态电解质金属氧化物晶体管电学性能的影响。随着激光强度的提高,晶体管的开态电流提高,阈值电压负向漂移。同时,本文进一步探索了激光对固态电解质晶体管突触性能的影响,兴奋性后突触电流（EPSC）随着激光强度的增强而增加。XPS测试表明,Ta2O5薄膜中氧空位含量增多,从而导致器件电导的变化。本文利用激光优异的加工处理速度和对材料性能的精确控制,提出了一种简单、快速（<1s）、低温（<45℃）地调控晶体管性能的方式。
【文章来源】：液晶与显示. 2020,35(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ta2O5/ITO TFT结构示意图；（b）激光照射Ta2O5薄膜示意图。
为了研究激光强度对Ta2O5薄膜表面的影响，本文研究了不同激光强度下的MOTFT特性。图3展示了在激光扫描速率为500 mm/s时，不同激光强度下器件的IDS-VGS特性曲线。从图中可以看到，在激光强度为263 mJ/cm2和358mJ/cm2时，开态电流有着明显的差异。晶体管在栅压VGS=5V、激光强度358 mJ/cm2时的开态电流（20.3μA）是激光强度263mJ/cm2时的开态电流（3.01μA）的近7倍，且关态电流也明显增大。这表明在较高的激光强度下有更多的可移动的离子，从而导致在半导体层中产生较高的电子密度。同时，大量移动离子的积累导致阈值电压的负向漂移。我们采用了原子力显微镜（AFM）的tapping模式来表征Ta2O5薄膜的表面形貌，Ta2O5薄膜在无激光照射和激光强度为309mJ/cm2时的表面粗糙度均方根分别为0.854nm和0.680nm，如图4(a）、（b）所示，由此可以得出激光照射对Ta2O5薄膜表面粗糙度没有显著影响。图5为本文制备的Ta2O5绝缘层的C-V双扫曲线，从该曲线中可以得到，在AC 1 MHz的频率下150nm厚度的Ta2O5薄膜介电常数（κ）为21。图4（a）无激光照射和（b）激光强度为309 mJ/cm2时Ta2O5薄膜的表面形貌
无激光照射和（b）激光强度为309 mJ/cm2时Ta2O5薄膜的表面形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]栅介质材料及尺寸对薄膜晶体管性能影响研究[J]. 裴智慧,秦国轩. 南京大学学报(自然科学). 2019(05)
[2]有机半导体薄膜空间电荷分布对晶体管性能影响的研究进展[J]. 胡郁蓬,鲁广昊. 应用化学. 2019(08)
[3]退火温度对ZnO薄膜晶体管电学性能的影响（英文）[J]. 覃金牛,温喜章,冯武昌,许望颖,朱德亮,曹培江,柳文军,韩舜,刘新科,方明,曾玉祥,吕有明. 深圳大学学报(理工版). 2019(04)
[4]非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及其光敏特性研究[J]. 陆清茹,李帆,黄晓东. 半导体光电. 2019(04)
[5]N,N-双（2-羟乙基）-2-氨基乙磺酸钠为扩链剂的磺酸型聚氨酯水凝胶制备及性能[J]. 郭晓艳,程晓琪,张良良,黄毅萍,许戈文,鲍俊杰. 应用化学. 2019(06)
[6]表面修饰制备高性能薄膜晶体管[J]. 林广庆,李鹏,王明晖,冯翔,张俊,熊贤风,邱龙臻,吕国强. 液晶与显示. 2013(04)
[7]金属氧化物IGZO薄膜晶体管的最新研究进展[J]. 刘翔,薛建设,贾勇,周伟峰,肖静,曹占峰. 现代显示. 2010(10)
本文编号：3482215
【文章来源】：液晶与显示. 2020,35(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ta2O5/ITO TFT结构示意图；（b）激光照射Ta2O5薄膜示意图。
为了研究激光强度对Ta2O5薄膜表面的影响，本文研究了不同激光强度下的MOTFT特性。图3展示了在激光扫描速率为500 mm/s时，不同激光强度下器件的IDS-VGS特性曲线。从图中可以看到，在激光强度为263 mJ/cm2和358mJ/cm2时，开态电流有着明显的差异。晶体管在栅压VGS=5V、激光强度358 mJ/cm2时的开态电流（20.3μA）是激光强度263mJ/cm2时的开态电流（3.01μA）的近7倍，且关态电流也明显增大。这表明在较高的激光强度下有更多的可移动的离子，从而导致在半导体层中产生较高的电子密度。同时，大量移动离子的积累导致阈值电压的负向漂移。我们采用了原子力显微镜（AFM）的tapping模式来表征Ta2O5薄膜的表面形貌，Ta2O5薄膜在无激光照射和激光强度为309mJ/cm2时的表面粗糙度均方根分别为0.854nm和0.680nm，如图4(a）、（b）所示，由此可以得出激光照射对Ta2O5薄膜表面粗糙度没有显著影响。图5为本文制备的Ta2O5绝缘层的C-V双扫曲线，从该曲线中可以得到，在AC 1 MHz的频率下150nm厚度的Ta2O5薄膜介电常数（κ）为21。图4（a）无激光照射和（b）激光强度为309 mJ/cm2时Ta2O5薄膜的表面形貌
无激光照射和（b）激光强度为309 mJ/cm2时Ta2O5薄膜的表面形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]栅介质材料及尺寸对薄膜晶体管性能影响研究[J]. 裴智慧,秦国轩. 南京大学学报(自然科学). 2019(05)
[2]有机半导体薄膜空间电荷分布对晶体管性能影响的研究进展[J]. 胡郁蓬,鲁广昊. 应用化学. 2019(08)
[3]退火温度对ZnO薄膜晶体管电学性能的影响（英文）[J]. 覃金牛,温喜章,冯武昌,许望颖,朱德亮,曹培江,柳文军,韩舜,刘新科,方明,曾玉祥,吕有明. 深圳大学学报(理工版). 2019(04)
[4]非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及其光敏特性研究[J]. 陆清茹,李帆,黄晓东. 半导体光电. 2019(04)
[5]N,N-双（2-羟乙基）-2-氨基乙磺酸钠为扩链剂的磺酸型聚氨酯水凝胶制备及性能[J]. 郭晓艳,程晓琪,张良良,黄毅萍,许戈文,鲍俊杰. 应用化学. 2019(06)
[6]表面修饰制备高性能薄膜晶体管[J]. 林广庆,李鹏,王明晖,冯翔,张俊,熊贤风,邱龙臻,吕国强. 液晶与显示. 2013(04)
[7]金属氧化物IGZO薄膜晶体管的最新研究进展[J]. 刘翔,薛建设,贾勇,周伟峰,肖静,曹占峰. 现代显示. 2010(10)
本文编号：3482215
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