非晶铟镓锌氧基薄膜晶体管与肖特基二极管电学稳定性研究

发布时间：2017-09-27 17:07

  本文关键词：非晶铟镓锌氧基薄膜晶体管与肖特基二极管电学稳定性研究

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【摘要】：新型非晶氧化物半导体(AOS)材料非晶铟镓锌氧(a-IGZO)具有高迁移率、高透明度、低制备温度、低成本等优越性能,在下一代平板显示、透明柔性电子等诸多方面具有广阔的应用前景,受到学界和产业界的广泛关注,a-IGZO基本电路元器件如a-IGZO薄膜晶体管(TFTs)和a-IGZO肖特基势垒二极管(SBDs)的制备研发近年来已经成为国际研究热点。尽管a-IGZO基元器件拥有种种电学、光学特性优势,但a-IGZO材料体系中和界面处存在的高密度缺陷态严重影响了器件的稳定性与可靠性,而在实际应用中,器件需要承受一定电压而保持性能稳定,电学不稳定性成为限制器件应用的一大关键因素。针对这个问题,本文重点研究了a-IGZO TFTs和a-IGZO SBDs电学稳定性问题,具体内容如下：1.在N型高掺硅衬底上制备出了背栅结构的a-IGZO TFT器件,器件具有较好的电学特性,迁移率10.5 cm2/V s、阈值电压3 V、亚阈值摆幅0.58 V/dec。在器件上施加正向栅极电压,器件转移特性曲线发生漂移,表明器件在正向栅极偏压影响下存在不稳定性问题。为了研究引起a-IGZO TFT栅极偏压下稳定性问题的物理根源,对器件进行了变温条件下的栅极偏压影响测试。根据实验现象,提出了a-IGZO TFT栅极正偏压下稳定性问题的物理解释：a-IGZO TFT沟道载流子在正向栅极偏压下通过热激发过程被器件界面缺陷态捕获,导致器件性能变化。2.在N型高掺硅衬底上制备出了a-IGZO SBD器件,器件表现出了良好的开关特性,开关比达103量级。在a-IGZO SBD上施加反向偏压,器件势垒高度升高,串联电阻增大,器件表现出负偏压下不稳定性。为研究器件负偏压下不稳定性问题产生的物理机制,实验对负偏压前后的a-IGZO SBD进行了电容、噪声测试。最后,根据测试结果,提出了a-IGZO SBD反向偏压下不稳定性问题产生的物理机制：非理想SBD界面处存在的带电中心起到降低肖特基势垒高度的作用。反向偏压下,原本存在于a-IGZO薄膜中的浅能级带两个电荷的氧空位缺陷Vo2+捕获电子转化为较深能级不带电的氧空位缺陷Vo,使得a-IGZO SBD势垒高度升高,与此同时,作为自由电子来源之一的浅能级Vo2+的减少,使得a-IGZO SBD串联电阻增大。
【关键词】：非晶铟镓锌氧 薄膜晶体管 肖特基势垒二极管 电学稳定性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5;TN311.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 金属氧化物半导体发展背景和发展现状10-13
• 1.3 非晶IGZO材料基本性质13-16
• 1.4 非晶IGZO TFT的应用前景与研究现状16-17
• 1.5 非晶IGZO SBD的应用前景与研究现状17-18
• 1.6 本论文主要研究内容18-20
• 参考文献20-25
• 第二章 a-IGZO TFTs变温条件下栅压稳定性研究25-39
• 2.1 研究背景25-26
• 2.2 a-IGZO TFTs器件的制备及电学特性26-29
• 2.3 a-IGZO TFTs变温条件下栅压稳定性29-36
• 2.4 本章小结36-37
• 参考文献37-39
• 第三章 a-IGZO SBDs负偏压条件下电学稳定性研究39-51
• 3.1 研究背景39-40
• 3.2 a-IGZO SBDs的制备及电学特性40-41
• 3.3 a-IGZO SBDs负偏压条件下电学稳定性41-48
• 3.4 本章小结48-49
• 参考文献49-51
• 第四章 结论与展望51-53
• 4.1 主要结论51-52
• 4.2 研究展望52-53
• 发表论文目录53-54
• 致谢54-55

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本文编号：930862