非晶铟镓锌氧薄膜晶体管银/钛源漏电极的研究
发布时间：2022-01-15 10:25
为了适应大尺寸高分辨率显示的技术需求,研究并开发用于非晶铟镓锌氧（a-IGZO）薄膜晶体管（TFT）阵列的低电阻电极非常关键。本文采用磁控溅射制备的金属银为源漏电极,设计并制作了底栅结构的a-IGZO TFT器件。实验发现,具有单层银源漏电极的器件电学特性较差,这是因为银与a-IGZO之间不能形成良好的欧姆接触。另一方面,通过增加钛中间层而形成的Ag/Ti电极在保持低电阻的同时能够有效阻止银原子扩散并与a-IGZO形成较好的接触状态。最终制备的以Ag/Ti为源漏电极的a-IGZO TFT具有明显改善的电学特性,场效应迁移率为1.73cm2/V·s,亚阈值摆幅2.8V/（°）,开关比为2×107,由此证明了磁控溅射制备的银电极具有应用于非晶氧化物薄膜晶体管的实际潜力。
【文章来源】：液晶与显示. 2016,31(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１本研究采用的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ结构示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓ
ＴＦＴ器件转移特性曲线如图２所示。单层银电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ虽然出现了较为明显的转移特性，但是开态电流（Ｉｏｎ）较小，只有１０－５Ａ左右，阈值电压（Ｖｔｈ）过大（＞２０Ｖ），场效应迁移率（μＦＥ）只有０．７７ｃｍ２／Ｖ獉ｓ。由此可见，单层银电极器件的电学特性很不理想，这是因为银源漏电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层之间并没有形成有效的欧姆接触的缘故；因为接触电阻过大，所以加在源漏电极间的电压大部分损失在接触电阻上，从而恶化了ＴＦＴ器件的电学性能。根据报道，在器件退火时金属银会与ａ－ＩＧＺＯ有源层中的氧元素结合并形成金属银氧化物（ＡｇＯｘ）［７］，而ＡｇＯｘ电阻率在１０－２～１０８Ω獉ｃｍ之间，属于绝缘体；这层绝缘的ＡｇＯｘ分布在银与ａ－ＩＧＺＯ有源层之间，阻断银源漏电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层的接触，从而导致银电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层接触电阻过大。此外，金属银离子的扩散作用非常明显［８］。当银电极直接与ａ－ＩＧＺＯ有源层接触时，源漏电极中的银离子很容易通过扩散进入ａ－ＩＧＺＯ有源层；渗透到ａ－ＩＧＺＯ的离子会充当导带下的受主俘获态［９］，这也是造成银电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ场效应迁移率低的一个原因。图２单层银源漏电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的转移特性曲线Ｆｉｇ．２Ｔｒａｎｓｆｅｒｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈｓｉｎ－ｇｌｅ－ｌａｙｅｒＡｇｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ由此可见，金属银与ａ－ＩＧＺＯ有源层直接接触制备ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ器件并不
同；金属Ｔｉ的氧元素结合能很低（低于ａ－ＩＧＺＯ中Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ以及Ｇａ２Ｏ３的结合能量［１１］），因此Ｔｉ在退火过程中更容易与ａ－ＩＧ－ＺＯ有源层中的氧元素相结合并形成氧化物，从而在Ｓ／Ｄ电极与有源层之间形成有效的欧姆接触；同时，氧化钛的形成直接阻止了银与ａ－ＩＧＺＯ中氧元素的接触，从根本上抑制了氧化银的形成。基于上述考虑，我们最终设计了用于ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的新型源漏电极－银／钛（Ａｇ／Ｔｉ）结构，如图３所示。图３采用Ａｇ／Ｔｉ源漏电极的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ结构示意图Ｆｉｇ．３ａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈＡｇ／Ｔｉｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ根据上述讨论，银／钛电极既能改善金属银与ａ－ＩＧＺＯ有源层的接触特性，同时也能阻止银离子的扩散，但其是否能保持单层银电极的低阻值特性还有待考证。为此，我们对银／钛结构电极的电学特性进行了测量和分析；银、钛、银／钛电极薄膜电阻分别使用四探针法进行测量，实验结果如表２所示。因为金属钛本身电阻率高，所以真空溅射成膜的金属钛膜电阻很大，但由于Ａｇ／Ｔｉ电极中主要导电的是银薄膜，所以最终制备的Ａｇ／Ｔｉ电极薄膜电阻（０．３５Ω／□）较之单层银电极（０．２４Ω／□）增加并不显著，保持了单层银电极的低阻值特性。３７７第４期吴崎，等：非晶铟镓锌氧薄膜晶体管银／钛源漏电极的研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于柔性PI基底的氧化物IGZO TFT器件工艺及特性研究[J]. 陈龙龙,张建华,李喜峰,石继锋,孙翔. 液晶与显示. 2015(05)
[2]The influence of RF power on the electrical properties of sputtered amorphous InGa-Zn-O thin films and devices[J]. 施俊斐,董承远,戴文君,吴杰,陈宇霆,詹润泽. Journal of Semiconductors. 2013(08)
[3]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：3590457
【文章来源】：液晶与显示. 2016,31(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１本研究采用的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ结构示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓ
ＴＦＴ器件转移特性曲线如图２所示。单层银电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ虽然出现了较为明显的转移特性，但是开态电流（Ｉｏｎ）较小，只有１０－５Ａ左右，阈值电压（Ｖｔｈ）过大（＞２０Ｖ），场效应迁移率（μＦＥ）只有０．７７ｃｍ２／Ｖ獉ｓ。由此可见，单层银电极器件的电学特性很不理想，这是因为银源漏电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层之间并没有形成有效的欧姆接触的缘故；因为接触电阻过大，所以加在源漏电极间的电压大部分损失在接触电阻上，从而恶化了ＴＦＴ器件的电学性能。根据报道，在器件退火时金属银会与ａ－ＩＧＺＯ有源层中的氧元素结合并形成金属银氧化物（ＡｇＯｘ）［７］，而ＡｇＯｘ电阻率在１０－２～１０８Ω獉ｃｍ之间，属于绝缘体；这层绝缘的ＡｇＯｘ分布在银与ａ－ＩＧＺＯ有源层之间，阻断银源漏电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层的接触，从而导致银电极与ａ－ＩＧＺＯ有源层接触电阻过大。此外，金属银离子的扩散作用非常明显［８］。当银电极直接与ａ－ＩＧＺＯ有源层接触时，源漏电极中的银离子很容易通过扩散进入ａ－ＩＧＺＯ有源层；渗透到ａ－ＩＧＺＯ的离子会充当导带下的受主俘获态［９］，这也是造成银电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ场效应迁移率低的一个原因。图２单层银源漏电极ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的转移特性曲线Ｆｉｇ．２Ｔｒａｎｓｆｅｒｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈｓｉｎ－ｇｌｅ－ｌａｙｅｒＡｇｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ由此可见，金属银与ａ－ＩＧＺＯ有源层直接接触制备ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ器件并不
同；金属Ｔｉ的氧元素结合能很低（低于ａ－ＩＧＺＯ中Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ以及Ｇａ２Ｏ３的结合能量［１１］），因此Ｔｉ在退火过程中更容易与ａ－ＩＧ－ＺＯ有源层中的氧元素相结合并形成氧化物，从而在Ｓ／Ｄ电极与有源层之间形成有效的欧姆接触；同时，氧化钛的形成直接阻止了银与ａ－ＩＧＺＯ中氧元素的接触，从根本上抑制了氧化银的形成。基于上述考虑，我们最终设计了用于ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的新型源漏电极－银／钛（Ａｇ／Ｔｉ）结构，如图３所示。图３采用Ａｇ／Ｔｉ源漏电极的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ结构示意图Ｆｉｇ．３ａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈＡｇ／Ｔｉｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ根据上述讨论，银／钛电极既能改善金属银与ａ－ＩＧＺＯ有源层的接触特性，同时也能阻止银离子的扩散，但其是否能保持单层银电极的低阻值特性还有待考证。为此，我们对银／钛结构电极的电学特性进行了测量和分析；银、钛、银／钛电极薄膜电阻分别使用四探针法进行测量，实验结果如表２所示。因为金属钛本身电阻率高，所以真空溅射成膜的金属钛膜电阻很大，但由于Ａｇ／Ｔｉ电极中主要导电的是银薄膜，所以最终制备的Ａｇ／Ｔｉ电极薄膜电阻（０．３５Ω／□）较之单层银电极（０．２４Ω／□）增加并不显著，保持了单层银电极的低阻值特性。３７７第４期吴崎，等：非晶铟镓锌氧薄膜晶体管银／钛源漏电极的研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于柔性PI基底的氧化物IGZO TFT器件工艺及特性研究[J]. 陈龙龙,张建华,李喜峰,石继锋,孙翔. 液晶与显示. 2015(05)
[2]The influence of RF power on the electrical properties of sputtered amorphous InGa-Zn-O thin films and devices[J]. 施俊斐,董承远,戴文君,吴杰,陈宇霆,詹润泽. Journal of Semiconductors. 2013(08)
[3]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：3590457
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