低电压InGaZnO双电层薄膜晶体管及其阈值电压调控

发布时间：2017-04-12 23:05

  本文关键词：低电压InGaZnO双电层薄膜晶体管及其阈值电压调控，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：InGa ZnO薄膜晶体管(IGZO TFT),由于具有高迁移率(能达到10cm2V-1s-1)、全透明、低温制备和非晶沟道结构等优势,在平板显示和传感器领域具有广泛的应用价值。传统致密的栅介质通常具有较小的电容,导致IGZO TFT的工作电压较高(通常大于10V),这限制了IGZO TFT在便携式产品中的应用。SiO_2和Al_2O_3质子导体膜能够在栅介质/半导体界面处形成大的双电层电容(EDLC)(≥1μFcm-2),以SiO_2和Al_2O_3质子导体膜为栅介质的IGZO双电层薄膜晶体管(IGZO EDLT)的工作电压能降到3V以内。本文主要包括以下内容:(1)通过等离子体化学气相沉积制备SiO_2和Al_2O_3质子导体膜,SiO_2质子导体膜的EDLC高达4.6μFcm-2,Al_2O_3质子导体膜的EDLC高达1μFcm-2。研究了工作气压对Al_2O_3质子导体膜的EDLC的影响,工作气压40Pa下制备的Al_2O_3质子导体膜有较好的性能。(2)使用SiO_2质子导体膜为栅介质,通过两步掩膜法和一步掩膜法沉积沟道和源-漏极,制备IGZO EDLT,并改变IGZO沟道层厚度调控阈值电压。采用两步掩膜法制备的IGZO EDLT的工作电压≤2V,实现了低电压工作,随着沟道厚度由91nm减少到40nm,阈值电压由0.22V增加到0.75V。采用一步掩膜法制备的不同沟道厚度的IGZO EDLT,其工作电压为1.5V,同样实现了低电压工作,随着沟道厚度由45nm减少到8nm,阈值电压由-0.64V增加到0.65V。(3)研究了不同工作气压下制备的Al_2O_3质子导体膜栅介质对IGZO EDLT工作电压的影响。10Pa和20Pa的工作气压下制备的Al_2O_3质子导体膜为栅介质的IGZO EDLT的工作电压分别为14V和10V,不能实现低电压工作。40Pa工作气压下制备的Al_2O_3质子导体膜为栅介质的IGZO EDLT具有3V的低工作电压。通过改变沟道厚度调控了Al_2O_3质子导体膜为栅介质的IGZO EDLT的阈值电压,当沟道厚度由45nm减少到8nm,阈值电压由-0.05V增加到0.82V。
【关键词】：质子导体膜 低电压 InGaZnO沟道 双电层 阈值电压
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN321.5;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 TFT的工作原理、结构和性能参数11-14
• 1.2.1 TFT的工作原理11-12
• 1.2.2 TFT的结构12-13
• 1.2.3 TFT的性能参数13-14
• 1.3 IGZO TFT的发展、优势和应用14-19
• 1.3.1 IGZO TFT的发展14-17
• 1.3.2 IGZO TFT的优势17-18
• 1.3.3 IGZO TFT的应用18-19
• 1.4 双电层薄膜晶体管的原理及其发展19-24
• 1.4.1 双电层薄膜晶体管的原理19-20
• 1.4.2 双电层薄膜晶体管的发展20-24
• 1.5 阈值电压的调控方法和意义24-27
• 1.5.1 阈值电压的调控方法24-26
• 1.5.2 阈值电压的调控意义26-27
• 1.6 本文主要研究内容27-28
• 第二章 样品的制备与表征方法28-34
• 2.1 样品的制备28-31
• 2.1.1 等离子增强化学气相沉积（PECVD）28
• 2.1.2 磁控溅射沉积系统28-30
• 2.1.3 电子束蒸发沉积系统30-31
• 2.2 样品的表征方法31-32
• 2.2.1 光谱型椭圆偏振仪31
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）31
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）31-32
• 2.2.4 X射线光电子能谱（XPS）32
• 2.2.5 半导体参数测试系统32
• 2.2.6 阻抗分析仪32
• 2.3 本章小结32-34
• 第三章 SiO_2和Al_2O_3质子导体膜的制备与性能分析34-44
• 3.1 SiO_2质子导体膜的制备和性能分析34-36
• 3.1.1 SiO_2质子导体膜的制备34
• 3.1.2 SiO_2质子导体膜的性能分析34-36
• 3.1.2.1 SiO_2质子导体膜的微结构分析34-35
• 3.1.2.2 SiO_2质子导体膜的电容特性和质子导电特性35-36
• 3.2 Al_2O_3质子导体膜的制备和性能分析36-40
• 3.2.1 Al_2O_3质子导体膜的制备36-37
• 3.2.2 Al_2O_3质子导体膜的性能分析37-40
• 3.2.2.1 Al_2O_3质子导体膜的微结构及成分分析37-39
• 3.2.2.2 Al_2O_3质子导体膜的电容特性和质子导电特性39-40
• 3.3 工作气压对Al_2O_3膜电容特性和质子导电特性的影响40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 SiO_2质子导体膜为栅介质的低电压IGZO EDLT及其阈值电压调控44-54
• 4.1 两步掩膜法制备IGZO EDLT及其阈值电压调控44-49
• 4.1.1 IGZO EDLT的制备44-45
• 4.1.2 IGZO EDLT的电学性能45-46
• 4.1.3 IGZO EDLT的阈值电压调控46-49
• 4.2 一步掩膜法制备IGZO EDLT及其阈值电压调控49-53
• 4.2.1 IGZO EDLT的制备49-50
• 4.2.2 IGZO EDLT的光学透射率50-51
• 4.2.3 IGZO EDLT的阈值电压调控51-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 Al_2O_3质子导体膜为栅介质的低电压IGZO EDLT及其阈值电压调控54-62
• 5.1 不同工作气压Al_2O_3膜对IGZO EDLT工作电压的影响54-56
• 5.2 一步掩膜法制备IGZO EDLT及其阈值电压调控56-59
• 5.2.1 IGZO EDLT的制备56
• 5.2.2 IGZO EDLT的光学透射率56-58
• 5.2.3 IGZO EDLT的阈值电压调控58-59
• 5.3 本章小结59-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-72
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果72-74
• 致谢74

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