非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管制备工艺及性能研究

本文介绍了利用射频磁控溅射技术在氧化硅衬底上制备非晶氧化铟镓锌(a-IGZO)薄膜,对溅射的薄膜进行了不同条件下的特性分析,制备成a-IGZO薄膜晶体管(a-IGZO TFT),并分别研究了溅射气氛、有源层厚度和退火工艺对器件电学性能的影响。实验表明,当使用50W的溅射功率时,溅射过程中补充氧气,可以填补材料的深能级氧空位缺陷,提高了器件性能。但氧气浓度过大也会造成吸附氧等受主缺陷增多,更易发生载流子的散射,实验中采用氩氧比为Ar∶O2=24∶1.2的条件器件性能较好。其次,当有源层厚度控制在40~50nm时,器件性能较好,且40nm的薄膜性质更佳。最后,高温退火工艺可以改善薄膜的缺陷,消除薄膜内部原有应力。相比氮气退火条件,将薄膜在空气下退火可以实现更好的电学特性,将40nm的薄膜在空气下400℃退火30min,a-IGZO TFT的性能达到最佳,其迁移率为15.43cm^(2)/(V·s),阈值电压为13.09V,电流开关比为7.3×10^(8),为将来制备晶圆级的高迁移a-IGZO TFT奠定了基础。

顶栅共面结构非晶氧化物薄膜晶体管的低成本制备及性能研究

将溶液法制备的不含镓的非晶InAlZnO薄膜和有机聚甲基丙烯酸甲酯薄膜分别作为沟道层和介质层,制备了顶栅共面结构的非晶氧化物薄膜晶体管(TFT)器件,探讨了沟道层中Al含量对器件性能的影响。结果表明:Al对InZnO薄膜中氧空位的形成能起到一定抑制作用,增加Al含量即可降低沟道层中的电子载流子浓度,使得InAlZnO TFT器件阈值电压正向移动、关态电流减小,以有利于器件开关比的提升。此外,基于沟道层中Al含量的调整可通过优化沟道层/介质层界面状态来促进器件阈值电压滞回稳定性的提升。当沟道层中Al含量为30%时,制备的器件具有最佳综合性能。

溅射气压对铟锡锌氧化物薄膜晶体管性能的影响

利用射频磁控溅射技术,在不同溅射气压下制备了铟锡锌氧化物薄膜晶体管(ITZO TFT),分析了ITZO TFT电学性能随气压的变化规律。研究结果表明:非晶ITZO TFT的工作模式均为耗尽型;随着气压的增大,亚阈值摆幅及阈值电压先减小后增大、场效应迁移率逐渐减小,这是由载流子浓度和界面缺陷密度两方面因素共同决定的。溅射气压为0.4 Pa时,ITZO TFT综合性能最好,场效应迁移率高达24.32 cm^2/V·s,亚阈值摆幅为1.10 V/decade,电流开关比达到10~6。此外,ITZO有源层在可见光范围内的平均透过率超过80%,光学带隙值在3.2~3.4 eV之间,随气压的升高先减小后增大。

钛掺杂氧化锌薄膜晶体管研究发展现状

钛(Ti)元素在自然界中相当丰富,在金属元素中含量仅次于Al、Fe、Mg位列第四,可以明显降低氧化物薄膜晶体管(TFT)的成本。从现有文献资料来看,采用Al、Ga等ⅢA族元素掺杂的氧化锌(ZnO)TFT报道较多,而采用Ti、Zr等ⅣB族元素掺杂的ZnO-TFT报道较少。由于Ti+4的价半径(0.068 nm)略小于Zn+2的价半径(0.074 nm),Ti-O键长(0.1973 nm)接近Zn-O键长(0.1970 nm),因而钛掺杂引起的晶格畸变较小;同时Ti+4和Zn+2的价态差为2,一个掺杂原子能够实现薄膜的实用化,因此钛掺杂氧化锌薄膜晶体管(TZO-TFT)具有优良的性能。文章介绍了TZO-TFT的研究发展现状,展望了今后的研究方向和应用前景。

IAZO薄膜晶体管的制备与性能研究

为了探究退火温度对IAZO薄膜晶体管器件光电性能的影响,采用射频溅射单溅射法,并在(400~700)℃的范围内制备了一系列真空退火后的IAZO薄膜晶体管。分别对IAZO薄膜表面形貌、内部结构、元素组成和价态组成进行分析,采用半导体参数仪及搭配的探针台测试电学性能测试。采用紫外可见分光光度计测试薄膜透过率。结果表明,随着退火温度的升高,器件的电学性能先呈现上升趋势,达到峰值后开始下降。在500 ℃真空退火1 h后,IAZO TFT饱和迁移率为0.18 cm2/(V·s)、阈值电压为3.35 V、亚阈值摆幅为0.10 V/decade、开关比为1.13*108。IAZO薄膜透光率达到90 %以上、光学带隙达到4.1 eV,器件性能达到最佳。

氮掺铟锡锌薄膜晶体管的制备及其光电特性

以P型<100>硅作为衬底,采用射频磁控溅射技术,在室温下制备了氮掺杂氧化铟锡锌薄膜晶体管(ITZO TFTs),研究了氮气流量对氧化铟锡锌薄膜晶体管结构、光学、电学特性以及稳定性的影响。实验结果表明:在不同氮气流量条件下制备的氧化铟锡锌薄膜均为非晶态,在可见光范围内的平均透过率均在90%左右,光学带隙数值在3.28~3.32 e V之间变化。在氮气流量为4 m L/min时制备的ITZO TFTs,有源层与栅极电介质界面处的界面态密度(N^(max)_s)仅为4.3×10^(11)cm^(-2),场效应迁移率(μ_(FE))为18.72 cm^2/(V·s),开关比(I_(on/off))为10~6,亚阈值摆幅(S)为0.39 V/dec,电学性能最优。栅极正偏压应力测试结果表明,该器件具有最强的稳定性。因此,适量的氮掺杂可有效地实现器件氧空位的钝化,降低器件的界面态密度,提高ITZO TFTs的电学性能及稳定性。

高浓度掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的态密度模型研究

针对背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)技术的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFTs),建立了一种高浓度掺杂态密度模型(High Concentration Doping Density Of States model,HCD-DOS model),并通过数值模拟研究态密度关键参数对器件性能的影响,以此揭示a-IGZO TFTs中制备工艺对导电沟道修复的物理机理.首先,采用结合强度较高的钼/铜双层结构作为栅/源/漏电极,引入BCE方法制备了底栅顶接触(BottomGate Top-Contact,BG-TC)TFTs.其次,建立了适用于BCE技术的a-IGZO TFTs的HCD-DOS模型.随后,基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真器对态密度关键参数进行数值研究,结果表明,不同态密度参数对a-IGZO TFTs器件转移特性曲线、电学特性以及沟道内部电子浓度分布的影响有所差异.最后,基于HCD-DOS模型探索SiO_(x)钝化层沉积和N_(2)O等离子体处理对器件内部机理的影响.研究发现,N2O等离子体处理对态密度分布和沟道载流子浓度有显著影响,进而导致阈值电压正向漂移.

纳米氧化锌粒子薄膜的场效应载流子迁移率特性的研究

将纳米氧化锌粒子制备纳米膜,研究其场效应性能与载流子迁移性能。通过在有机溶剂介质中热分解油酸锌配合物,合成出尺寸均匀的六方相氧化锌纳米晶粒子。以沉积了铝钛氧化物层与铟锡氧化物层的玻璃为载体,通过旋涂工艺将纳米氧化锌粒子涂覆于其表面,制备出场效应薄膜晶体管。通过工艺优化,制成的半导体纳米氧化锌薄膜晶体管具有优异的可控结构及致密分布的氧化锌纳米晶体,表现出优异的场效应性能与载流子迁移性能。这种直接由氧化锌纳米晶制备的薄膜晶体管具有非毒性、好的透明性以及优越而稳定的场效应半导体器件性能。该技术可高效,便利且低成本大批量地制备氧化锌薄膜晶体管,便于后续在电子等领域的应用。

中大尺寸电子纸发展现状及其薄膜晶体管基板技术分析

从电子纸市场观察入手,介绍了中大尺寸电子纸显示在电子阅读器和标牌等领域的应用现状,阐述了电子纸供应链主要情况,探讨了薄膜晶体管基板作为供应链关键上游材料的技术发展方向,分析了薄膜晶体管基板技术上的创新和实现构想,为新一代中大尺寸电子纸显示用薄膜晶体管基板的设计提供参考和指导建议。

采用不同透明电极的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管

采用透明材料ITO和AZO为源漏电极,在室温下利用射频磁控溅射方法制作了底栅结构的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管。实验发现,制备的薄膜晶体管均表现出了良好的开关特性。其中采用AZO为电极的薄膜晶体管的场效应迁移率为1.95cm2/V.s,开关比为4.53×105,在正向偏压应力测试下,阈值电压的漂移量为4.49V。

室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO TFT)的工作电压,提高迁移率,采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上室温下依次沉积NbLaO栅介质层和ZnO半导体有源层,制备出ZnO TFT,对器件的电特性进行了表征。该ZnO TFT呈现出优异的器件性能:当栅电压为5 V、漏源电压为10 V时,器件的饱和漏电流高达2.2 m A;有效场效应饱和迁移率高达107 cm^2/(V·s),是目前所报道的室温下溅射法制备ZnO TFT的最高值,亚阈值摆幅为0.28 V/decade,开关电流比大于107。利用原子力显微镜(AFM)对NbLaO和ZnO薄膜的表面形貌进行了分析,分析了器件的低频噪声特性,对器件呈现高迁移率、低亚阈值摆幅以及迟滞现象的机理进行了讨论。

氧化锌薄膜生长与ZnO基薄膜晶体管制备(英文)

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长ZnO薄膜。XRD测试显示出(002)晶面的强衍射峰,表明生长的ZnO薄膜是主度的c轴取向。基于ZnO薄膜基础,我们制备了ZnO基薄膜晶体管。

双电层氧化锌薄膜晶体管偏压应力稳定性

以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注,利用天然鸡蛋清作为栅介质层,采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO薄膜有源层,制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)并对其电学特性进行了表征,研究了器件在栅偏压和漏偏压应力下电性能的稳定性及其内在的物理机制。该ZnO-TFT器件呈现出良好的电特性,载流子饱和迁移率为5.99 cm^(2)/(V·s),阈值电压为2.18 V,亚阈值摆幅为0.57 V/dec,开关电流比为1.2×10^(5),工作电压低至3 V。研究表明,在偏压应力作用下,该ZnO-TFT器件电性能存在一定的不稳定性,我们认为栅偏压应力引起的电性能变化可能来源于栅介质附近及界面处的正电荷聚集、充放电效应和新陷阱态的复合效应;漏偏压应力引起的电性能变化可能来源于焦耳热引起的氧空位及沟道中的电子陷阱。

氧化锌薄膜晶体管的光诱导不稳定性

为促进氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)在有源驱动平板显示领域中的实际应用,以高纯氧化锌(ZnO)为靶材,采用射频磁控溅射法沉积ZnO薄膜作为半导体活性层,制备出ZnO-TFT,研究了可见光诱导引起的器件特性的不稳定性.实验结果表明:在可见光照射下,该ZnO-TFT器件呈现出一定程度的不稳定性;随着光照强度的增加,迁移率稍有增大,阈值电压有微弱的减小;漏电流的相对变化量受栅电压控制,即在开态时相对变化量较小,对于2210 lx的照射强度,相对变化量的最小值为0.58,而在亚阈值区和关态时,漏电流受光照强度的影响较大,在相同强度的光照射下相对变化量的最大值为36.29.对可见光诱导不稳定性恢复过程的研究发现,光照关断后的恢复过程相对缓慢,且随时间呈现出先快后慢的现象.

氧化锌基薄膜晶体管制备与研究

以玻璃为衬底,利用金属有机化学气相沉积( MOCVD)方法,在360℃附近实现ZnO薄膜的生长。利用ZnO为有源层制备底栅型薄膜晶体管。SiO2被用作栅绝缘材料以有效的抑制漏泄电流的产生,达到氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)成功运作目的。ZnO-TFT的电流开关(on/off)比达到104以上。ZnO-TFT在可见光区平均光透过率大约为80 %。以上表明利用ZnO替代传统Si材料作有源层材料制备透明薄膜晶体管是可能的。

氧化锌薄膜晶体管电性能的温度特性

采用射频磁控溅射法成功制备了Zn O薄膜晶体管(Zn O-TFT),研究了Zn O-TFT电学性能的温度依赖性及其影响机理。从室温27℃到210℃的变化范围,随着器件温度的升高,Zn O-TFT的开关电流比和阈值电压都有明显的减小,亚阈值摆幅明显升高,有效场效应迁移率先增加再逐渐减小。电性能的变化主要来源于因温度升高引起的沟道有源层载流子浓度增加,点缺陷的形成,界面散射增强等多种因素复合作用所致。另外,当器件温度逐渐冷却至初始温度过程,器件的电特性与升温前存在一定的迟豫现象,这主要是由于升温期间Zn O薄膜有源层中产生的点缺陷(氧空位和间隙氧原子),以及被缺陷态陷阱的电子需要较长时间通过复合而消失。

有机介质层铟锌氧化物薄膜晶体管

利用直流磁控溅射方法在玻璃基板上室温制备非晶铟锌氧化物半导体薄膜,薄膜表面平整。采用旋涂法室温制备聚四乙烯苯酚有机介质层。以铟锌氧化物薄膜作为沟道层、聚四乙烯苯酚作为介质层,成功制备了顶栅结构的薄膜晶体管。测试结果表明,所制备的薄膜晶体管具有饱和特性且为耗尽工作模式,薄膜晶体管的阈值电压为3.8V,迁移率为25.4cm2.V-1.s-1,开关比为106。

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及其光敏特性研究

基于射频磁控溅射法制备了以非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)作为有源层的底栅顶接触式薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor,TFT),其长/宽比为300μm/100μm。研究了该器件在无激光和在三种不同波长激光照射下的光敏特性。实验表明,器件在波长分别为660、450和405nm三种激光照射下的阈值电压Vth分别为4.2、2.5和0V,均低于无激光时的4.3V,且器件的阈值电压随激光波长减小单调降低,此外,随着激光波长的下降,'明/暗'电流比K由0.54上升到8.06(在VGS=6V且VDS=5V条件下),光敏响应度R由0.33μA/mW上升到4.88μA/mW,可见激光波长越短,可获得更强的光电效应,光灵敏度也更高,该效应表明该器件在光电探测等领域具有广阔的应用前景。

低温溶液加工法制备氧化锌薄膜晶体管

为适应柔性有源有矩阵有机发光二极管(AMOLED)等新型显示技术发展的需要,将低温溶液处理的氧化锌作为半导体层、电化学氧化的氧化铝钕作为栅绝缘层,制备了氧化锌薄膜晶体管(TFT).制备氧化锌半导体层所用的前驱体溶液为无碳的Zn(OH)x-(NH3)y(2-x)+水溶液,这种氨络合物溶液制备简单、成本低,并且由于容易形成高活性的氢氧自由基,使得氨-金属之间的分解所需要的活化能较低,生成氧化锌所需的能量较小,可以在180℃的较低温度下获得氧化锌多晶薄膜.所制备的TFT器件的最高迁移率可达0.9 cm2/(V·s).这种低温氧化锌薄膜工艺与室温电化学氧化的栅绝缘层工艺相结合,具有温度低和迁移率高的特点,完全能与柔性衬底兼容,在柔性显示中具有很大的应用前景.

锂掺杂氧化锌薄膜晶体管的研究

采用溶胶凝胶法(sol-gel)在P型硅基底制备了锂掺杂氧化锌薄膜.以锂掺杂氧化锌薄膜为沟道层,制备了底栅结构的薄膜晶体管.XRD实验结果表明,500℃退火得到的锂掺杂氧化锌薄膜为纤锌矿结构,具有c轴择优取向.SEM实验结果说明,薄膜晶粒大小约为25nm,尺度分布均匀.电学测试结果显示器件是N沟道增强型.