关于氮氧锌薄膜晶体管技术研究

发布时间：2017-06-23 19:03

  本文关键词：关于氮氧锌薄膜晶体管技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自氧化物Thin Film Transistor(TFT)问世以来,相比于其他材料,凭借其较高的迁移率,在驱动电路中能提供更高的驱动电流和极快的像素转换,完全满足超高清、大屏幕等未来显示的新潮流,并且具有低温下制备、对可见光透明的特点,所以越来越受到人们的青睐。目前的氧化物半导体材料有Zinc Oxide(Zn O)、Indium Zinc Oxide(IZO)、Indium Gallium Zinc Oxide(IGZO)等,氧化物半导体能带结构中,价带由氧离子的2p轨道形成,ZnO的禁带宽度约为3.2eV,高于价带顶的带隙中存在着氧空位缺陷,氧空位会导致电流的缓慢衰减,造成系统的不稳定性。因此对在氧化物中掺入比氧离子p轨道能量高的阴离子(N3-,S2-等)进行研究是必要的。本文中,采用射频磁控溅射制备了有源层Zinc Oxide Nitride(ZnON)薄膜并研究了其性能,制备了ZnON作为有源层的底栅顶接触型TFT,并研究了其电学性能,主体内容分为以下三个部分:1:ZnON薄膜的制备及性能研究。采用射频磁控溅射制备了ZnON薄膜。对在不同氮氧比和不同溅射功率下制备的ZnON薄膜进行了透过率分析,对不同氮氧比下制备的薄膜进行了SEM和EDS表征。我们发现所制备的样品皆为直接带隙半导体,透过率总体呈下降趋势,随着氮含量的增加,薄膜的形貌得到一定的改善。EDS证明了Zn、O、N三种元素的存在。2:ZnON薄膜晶体管的理论设计和工艺探索。实验中采用底栅顶接触型结构,ZnON作为有源层,金属Mo作为源漏级,重掺杂Si作为衬底及栅极,SiO2为栅极绝缘层,然后探索得到了制备薄膜晶体管过程中的具体参数,射频磁控溅射:基于第二章中制备ZnON的性能分析,我们选择N2流量为50sccm,溅射功率300W。光刻:衬底清洗,涂胶(前转800rps/min,后转2800rps/min),前烘(100℃,5min),曝光(30s),显影(1.5%的NaON溶液,10s),后烘(100℃,20min)。刻蚀:5%的H2O2溶液,加NaON至PH值为8。3:ZnON薄膜晶体管的电学性能测试。测试了不同氮氧流量比和不同溅射功率下制备的ZnON-TFT的电学性能,发现薄膜晶体管的性能整体都是先变好后变坏,最后测试了正偏压下薄膜晶体管的稳定性,发现阈值电压偏移量随施加栅偏压时间的增加而逐渐增大,近乎指数关系。
【关键词】：薄膜晶体管 射频磁控溅射 透过率 ZnON
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 薄膜晶体管的发展历史及现状11-12
• 1.3 TFT典型器件性能分析12-15
• 1.3.1 非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT)性能特点12
• 1.3.2 多晶硅薄膜晶体管（P-Si TFT)性能特点12-13
• 1.3.3 有机薄膜晶体管（OTFT)性能特点13-14
• 1.3.4 氧化物薄膜晶体管性能特点14-15
• 1.4 几种典型的氧化物TFT的研究现状介绍15-16
• 1.4.1 ZnO-TFT技术15
• 1.4.2 IGZO-TFT技术15-16
• 1.4.3 IZO-TFT技术16
• 1.5 薄膜晶体管的应用16-17
• 1.5.1 薄膜晶体管在TFT-LCD中的应用16-17
• 1.5.2 薄膜晶体管在AMOLED中的应用17
• 1.6 ZnON的基本性质17-19
• 1.7 ZnON-TFT的国内外研究现状19
• 1.8 本论文的主要工作内容以及研究意义19-21
• 第二章 ZnON薄膜制备理论基础与性能表征21-39
• 2.1 实验方法及原理21-26
• 2.1.1 磁控溅射原理及其特点21-22
• 2.1.2 溅射薄膜的形成理论22-25
• 2.1.3 磁控溅射薄膜的影响因素25-26
• 2.2 薄膜的制备26-29
• 2.2.1 实验设备26-27
• 2.2.2 实验材料27
• 2.2.3 实验基片预处理27-28
• 2.2.4 薄膜制备工艺流程28-29
• 2.3 薄膜性能表征29-38
• 2.3.1 薄膜厚度的测量29-30
• 2.3.2 薄膜的透射率30-32
• 2.3.3 气体流量对薄膜性能的影响32-34
• 2.3.4 溅射功率对薄膜性能的影响34-36
• 2.3.5 磁控溅射ZnON薄膜的表面形貌36-37
• 2.3.6 磁控溅射ZnON薄膜的成分分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 基于ZnON薄膜晶体管的设计和工艺探索39-49
• 3.1 薄膜晶体管典型结构39
• 3.2 ZnON薄膜晶体管的制备39-48
• 3.2.1 光刻工艺40-43
• 3.2.2 刻蚀工艺43-46
• 3.2.3 TFT制备过程46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 薄膜晶体管的性能测试49-60
• 4.1 薄膜晶体管的工作原理49-51
• 4.1.1 薄膜晶体管的定性分析49-50
• 4.1.2 薄膜晶体管的定量分析50-51
• 4.2 薄膜晶体管的特性参数51-52
• 4.2.1 场效应迁移率51
• 4.2.2 阈值电压51
• 4.2.3 亚阈值摆幅51-52
• 4.2.4 开关比52
• 4.3 薄膜晶体管电学性能测试52-58
• 4.3.1 不同氮氧流量比对薄膜晶体管的性能影响52-55
• 4.3.2 溅射功率对薄膜晶体管性能的影响55-58
• 4.4 薄膜晶体管稳定性研究58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68

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