溶胶-凝胶法制备透明氧化物薄膜晶体管的研究进展

透明非晶氧化物薄膜晶体管(TAOS-TFT)相对于硅基TFT具有均一性好、迁移率高、兼容低温柔性基板等优点,能够广泛用于平板有源显示领域特别是有源矩阵有机发光二极管显示(AMOLED)的驱动背板。溶胶-凝胶法制备薄膜晶体管不需要高真空的环境,成本低、工艺简单,化合物成分易于控制,能够均匀定量地实现分子水平的掺杂,满足新技术研发的需求,近年来引起了广泛关注,研究主要集中在寻找合适有源层和绝缘层材料、研究薄膜成分、制备工艺对器件性能的影响,并获得与传统真空工艺可比拟的器件性能。针对柔性显示器件成为未来显示发展的主流技术之一,全溶液法制备以及基于柔性基板制备TFT也取得了较好的进展,为未来显示行业提供了可靠的低成本发展方向。但所制备的TFT器件仍然存在制备温度相对较高,偏压稳定性相对较差的问题。总结了该领域内目前研究热点及取得的进展。

基于微孔SiO_2栅介质的透明氧化物薄膜晶体管

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法制备微孔SiO2薄膜并将其作为栅介质,制作了基于微孔SiO2栅介质层的透明氧化物薄膜晶体管。利用场发射扫描电镜、阻抗分析仪以及半导体分析仪对样品进行表征。结果表明,微孔SiO2栅介质具有双电层效应,这种微孔SiO2栅介质透明氧化物薄膜晶体管器件具有工作电压低,开关电流比大,透光性高,稳定性强等良好性能。

喷墨打印高迁移率铟锌锡氧化物薄膜晶体管

采用喷墨打印工艺制备了铟锌锡氧化物(indium-zinc-tin-oxide,IZTO)半导体薄膜,并应用于底栅顶接触结构薄膜晶体管(thin-film transistor,TFT).研究了墨水的溶剂成分以及溶质浓度对打印薄膜图案轮廓的影响.结果表明二元溶剂IZTO墨水中乙二醇溶剂可有效平衡溶质向内的马兰戈尼回流与向外的毛细管流,避免了单一溶剂墨水下溶质流动不平衡造成IZTO薄膜的咖啡环状沉积轮廓图案,获得均匀平坦的薄膜图案轮廓和良好接触特性,接触电阻为820Ω,优化后IZTO TFT器件的饱和迁移率达到16.6 cm^(2)/(V·s),阈值电压为0.84 V,开关比高达3.74×10^(9),亚阈值摆幅为0.24 V/dec.通过打印薄膜凝胶化模型解释了IZTO墨水溶剂成分、溶质浓度与最终薄膜形貌的关系.

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。

高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展

基于金属氧化物半导体(MOS)的薄膜晶体管(TFT)由于较高的场效应迁移率(μFE)、极低的关断漏电流和大面积电性均匀等特点,已成为助推平板显示或柔性显示产业发展的一项关键技术。经过30余年的研究,非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)率先替代非晶硅(a-Si)在TFT中得到推广应用。然而,为了同时满足显示产业对更高生产效益、更佳显示性能(如高分辨率、高刷新率等)和更低功耗等多元升级要求,需要迁移率更高的MOS TFTs技术。本文从固体物理学的角度,系统综述了MOS TFTs通过多元MOS材料实现高迁移率特性的研究进展,并讨论了迁移率与器件稳定性之间的关系。最后,总结展望了MOS TFTs的现状和发展趋势。

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。

透明非晶态氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展

透明非晶态氧化物半导体薄膜晶体管(TAOS-TFT)以其诸多优势受到研究人员的青睐,最近几年发展迅速。文章以传统薄膜晶体管做对照,详细介绍了TAOS-TFT的原理、结构和性能,总结出TAOS-TFT相对于Si基TFT具有制备温度低、均一性好、迁移率高、对可见光全透明和阈值电压低等5方面的优势,指出了TAOS-TFT在进一步实用化过程中所面临的几个重要问题,其中最为重要的是需要尽快建立自身的集约化物理模型。

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。

透明氧化物半导体及其溶液法制备薄膜晶体管

透明氧化物电子材料是当今最重要的电子材料之一,其本质是一类具有高迁移率的宽带隙半导体。通过调节其组分和结构,可以大范围调节其载流子浓度,从而使其表现为半导体或者导体性质。因此,透明氧化物电子材料可用于多种器件,特别是作为半导体沟道和透明导电电极。透明导电氧化物更早成为了研究热点,并已在商业化应用中广泛使用,透明氧化物作为新一代半导体也被广泛研究,现在透明氧化物半导体薄膜晶体管已经可以实用化。在较低的温度和大气环境中,通过溶液法制备的透明氧化物,表现出了较好的电子特性,因此成为了印刷电子中重要的领域。简要地介绍了透明导电氧化物和透明氧化物半导体晶体管的发展历程,并概述了溶液法制备透明氧化物晶体管方面所做的研究及取得的最新进展。并指出,现今采用的溶液法制备工艺所存在的问题,特别是工艺温度偏高,应进一步深入研究,使在低温工艺下制备高性能透明氧化物晶体管工艺走向成熟,才能进入工业化生产。

射频磁控溅射工艺参数对掺钨氧化铟锡透明导电薄膜性能的影响

ITO薄膜是目前应用最为广泛的透明导电薄膜,通过在ITO中掺杂其他金属可以进一步改善ITO薄膜的光学和电学性能。本文采用射频(RF)磁控溅射法制备了掺钨氧化铟锡(ITO∶W)透明导电薄膜,研究了薄膜厚度、表面形貌、晶体结构以及光学和电学性能与各溅射参数之间的关系。当溅射功率大于40 W时,制备的ITO∶W薄膜为方铁锰矿结构的多晶薄膜,此时薄膜表面光滑平整而且具有良好的结晶性。在基板温度320℃、溅射功率80 W、溅射时间15 min、工作气压0.6 Pa条件下得到了光学和电学性能优良的ITO∶W薄膜,其方块电阻为10.5Ω/、电阻率为4.41×10^(-4)Ω·cm,对应的载流子浓度为2.23×10^(20)cm^(-3)、迁移率为27.3 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)、可见光(400~700 nm)范围内平均透射率为90.97%。此外,本研究还发现通过调节基板温度影响氧元素的状态可以改变ITO∶W薄膜的电学性能。

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。

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.

金属氧化物薄膜晶体管及其在新型显示中的应用

为适应高分辨率、大尺寸的液晶(LCD)和有源有机发光二极管(AMOLED)等新型显示技术发展的需要,开发了一种新型的基于金属氧化物有源半导体材料的薄膜晶体管(MOTFT)驱动面板.文中阐述了MOTFT的材料、器件结构、制作工艺以及应用,并对影响MOTFT性能的因素进行了讨论.研发团队开发的MOTFT的迁移率最高可达21.6cm2/(V.s),阈值电压为1.63V,开关比为109,亚阈值摆幅为0.216 V/decade.基于该MOTFT驱动面板,在国内率先实现了5英寸彩色AMOLED显示屏.该MOTFT驱动面板具有迁移率高、制作工艺简单、成本较低以及容易实现大面积等优势,在LCD和AMOLED等新型显示领域具有广泛的应用前景.

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。

薄膜晶体管透明电极铟锡氧化物雾状不良的分析研究

对FFS-TFT制作工艺中,与氮化硅膜层接触的透明电极ITO发生的雾状不良进行分析研究。通过扫描电子显微镜、宏观/微观显微镜和背光源测试设备对样品进行分析。结果显示接触层的等离子体界面处理对ITO的透过率和膜质特性有较大影响,可导致严重的雾状不良发生和刻蚀工艺中的膜层下端过度刻蚀的问题。通过在透明电极ITO上面沉积微薄的过渡缓冲膜层,并优化界面等离子体处理条件,可以改善雾状不良。

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。

硅异质结太阳能电池用透明导电氧化物薄膜的研究现状及发展趋势

硅异质结(SHJ)太阳能电池是目前光伏产业中的重要组成部分,其由于具有高开路电压(V_(oc))等优点而引起了广泛的关注。在硅异质结太阳能电池中,透明导电氧化物(TCO)薄膜层的光学性能和电学性能分别影响着电池的短路电流(J_(sc))、填充因子(FF),进而影响电池的转换效率。近年来,SHJ电池中TCO层的研究主要集中于掺杂的In 2O 3和ZnO体系。本文从硅异质结太阳能电池的不同结构出发,概述了TCO薄膜的光电性能(透过率、禁带宽度、方块电阻、载流子浓度、迁移率和功函数)以及与相邻层的接触对电池性能的影响,介绍了不同体系的透明导电氧化物薄膜在硅异质结太阳能电池中的应用及研究现状,并展望其未来的发展趋势。

金属氧化物薄膜晶体管的激光退火

金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)具有较高的载流子迁移率(10~100 cm2/V·s),且薄膜均匀性好、制备温度低和可见光透明的优点,被认为是最有前途的新一代TFT。激光退火因具有能量高、速度快、对衬底损伤小和退火范围可控的特点,相比传统热退火,更适用于柔性和大尺寸背板的制备。本文综述了有关金属氧化物薄膜及MOTFT激光退火的研究进展;详细讨论了激光退火中的关键参数;系统阐述了激光对金属氧化物薄膜的作用以及激光对MOTFT性能的影响。最后,总结了现在激光退火技术存在的问题以及发展方向。

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。