氧化铟基薄膜晶体管的制备与性能研究

发布时间：2017-12-17 21:18

  本文关键词：氧化铟基薄膜晶体管的制备与性能研究

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【摘要】：薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)是平板显示技术的核心部件。随着科技的发展,平板显示技术正朝着高容量、高分辨率、高驱动、3D和大尺寸的方向发展。目前,工业中常用的非晶硅薄膜晶体管,其迁移率不足Icm2/Vs;多晶硅薄膜晶体管的均匀性又差,并且硅基薄膜在可见光范围内透光性差,这些都制约着薄膜晶体管的发展。氧化物薄膜晶体管由于具有较高的迁移率、开口率大等优点,已经引起研究人员的广泛关注。为了满足现代显示技术与3D显示的需求,如何进一步地提高薄膜晶体管的迁移率,是目前需要解决的热点问题。针对这一问题,本文主要制备了In2O3:Li TF、In0.8Zn0.2O:Li TFT和In0.67Zn0.33O:Li TFT,并通过优化实验条件,得到了高性能的氧化铟基TFT器件。主要研究工作如下：(1)用磁控溅射制备了底栅极结构的In203：Li TFT。研究了退火温度、有源层厚度和氧气流量对TFT器件性能的影响。实验结果表明,当有源层厚度为30nm,退火温度为200℃,氧气流量为2sccm时,TFT器件的性能最佳,其迁移率为14.6cm2/Vs,开关比为9.0×106,阈值电压为5.2V。(2)用磁控溅射在SiO2/Si衬底上制备了In0.8Zn0.2O:Li TFT.研究了有源层厚度、氩气流量、退火温度和退火气氛对TFT器件性能的影响,并成功制备出双有源层结构的TFT器件。实验结果表明,当有源层厚度为30nm,氩气流量为30sccm,退火温度为950℃,在氧气气氛退火时,TFT器件的性能最佳,其迁移率达到56.1cm2/Vs,开关比为5.1×106,阈值电压为2.0V；与单层结构相比,双有源层结构的TFT器件性能有所提升,其迁移率为62.1cm2/Vs.(3)用磁控溅射在石英衬底上沉积了In0.67Zri0.33O:Li薄膜,研究了退火温度对In0.67Zn0.33O:Li薄膜的影响。以SiO2/Si为衬底制备了In0.67Zn0.33O:Li TFT,研究了氧气流量、溅射功率、有源层厚度和退火温度对TFT器件性能的影响,并且探讨了TFT器件的稳定性。实验结果表明,当薄膜生长不充氧,溅射功率为100W,有源层厚度为30nnm,退火温度为950℃时,TFT器件的性能最佳,其迁移率高达80.4cm2/V s,开关比为4.0×106,阈值电压为4.1V。该TFT器件的性能在文献报道中属于最佳性能之一。对于未采取任何保护措施的TFT器件,在空气中暴露90天后,其迁移率略下降到73.1cm2N/Vs,表明该TFT器件具有良好的稳定性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5

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本文编号：1301582