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.

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。

非晶铟镓锌氧化物薄膜的制备及其在薄膜晶体管中的应用

非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜,作为一种新型透明氧化物半导体材料,最近引起了广泛关注。这主要是由于它优异的性能可以使它作为薄膜晶体管的有源层材料,在显示行业有巨大的应用前景。本文首先介绍了铟镓锌氧化物的结构,同时综述了非晶铟镓锌氧化物薄膜的制备方法,包括溅射、悬涂和喷墨印刷技术;最后对基于铟镓锌氧化物薄膜晶体管背板技术的产业化进行了展望。

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。

双层有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的仿真

采用SILVACO软件的ATLAS对双有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行二维器件模拟,研究了在底栅顶接触的结构下,不同沟道厚度比的情况下的器件的电学特性。在IZO材料的厚度为5nm、IGZO材料的厚度为35nm时,器件的最佳开关电流比约为3.5×1013,亚阈值摆幅为0.36V/dec。并在此厚度比的基础上,模拟了两层材料的隙态密度,并通过改变态密度模型中的相关参数,观察两层材料对器件的电学特性的影响情况。

二次大气退火对于非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管电学特性的影响

介绍了非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管（a-IGZO TFT）的制备,并在不同环境下进行了退火。其中,经过一次退火冷却后再进行第二次退火的器件表现出了最佳的电学性能,相比其他器件有较小的亚阈值摆幅（~1.43V/decade）和更好的磁滞稳定性。通过对比其他退火条件下的器件表现与工艺,发现在一次退火基础上增加的较短时间（30min）退火是这些显著提高的主要原因。这说明,在a-IGZO TFT进行了一次退火并冷却后,通过引入二次退火使得a-IGZO薄膜表面平整化和结构密实化,器件性能仍然有提高的空间。

具有漏端Offset的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的特性及开态电流模型

本文研究了具有不同漏端Offset长度(LDO)的非晶铟镓锌氧化物(Amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide,a-IGZO)薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFT)的电学特性,发现器件的阈值电压(Vth)、亚阈值摆幅(SS)、关态电流(Ioff)与LDO无明显依赖关系。通过分析漏端Offset区域的电流与电压关系,发现其遵循欧姆定律,由此提取出漏端Offset区域电阻(RDO)。研究发现RDO与LDO成幂函数关系且幂次随栅源电压(VGS)的增加而增加,由此我们提出RDO的经验模型,同时利用此模型得到漏端Offset a-IGZO TFT的开态电流模型并通过与电流-电压曲线拟合得以验证。

低温增强型非晶铟镓锌氧薄膜晶体管特性研究

在室温下利用射频磁控溅射沉积非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜作为有源沟道层,分别制备了顶栅和底栅结构的薄膜晶体管(a-IGZO-TFTs)原型器件,同时研究了沟道层生长参数及后退火工艺对器件特性的影响。研究及实验结果表明:当增加底栅结构a-IGZO-TFTs器件IGZO沟道层氧气流量时,器件输出特性由耗尽型转变为增强型;当沟道宽长比为120∶20时,获得了4.8×10~5的开关电流比,亚阈值摆幅为1.2V/dec,饱和迁移率达到11cm^2/(V·s)。沟道层氧气流量为2cm^3/min的底栅结构a-IGZO-TFT器件在大气中经过300℃退火30min后,器件由耗尽型转变为增强型,获得4×10~3的开关电流比。

高迁移率非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究

由于铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜具有高迁移率和高透过率的特点,它作为有源层被广泛的应用于薄膜晶体管(TFT).本文利用磁控溅射方法制备了TFT的有源层IGZO和源漏电极,用简单低成本的掩膜法控制沟道的尺寸,制备了具有高迁移率、底栅结构的n型非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT).利用X射线衍射仪(XRD)和紫外可见光分光光度计分别测试了IGZO薄膜的衍射图谱和透过率图谱,研究了IGZO薄膜的结构和光学特性.通过测试IGZO-TFT的输出特性和转移特性曲线,讨论了IGZO有源层厚度对IGZO-TFT特性的影响.制备的IGZO-TFT器件的场效应迁移率高达15.6cm2·V-1·s-1,开关比高于107.

钝化层对背沟道刻蚀型IGZO薄膜晶体管的影响

本文制备了氧化硅、聚酰亚胺以及氧化硅-聚酰亚胺堆叠结构钝化层的非晶铟镓锌氧背沟道刻蚀型薄膜晶体管.与传统氧化硅钝化层薄膜晶体管相比,聚酰亚胺钝化层薄膜晶体管的电学特性大幅提高,场效应迁移率从4.7提升至22.4 cm^(2)/(V·s),亚阈值摆幅从1.6降低至0.28 V/decade,电流开关比从1.1×10^(7)提升至1.5×10^(10),负偏压光照稳定性下的阈值电压偏移从–4.8 V下降至–0.7 V.电学特性的改善可能是由于氢向聚酰亚胺钝化层扩散减少了背沟道的浅能级缺陷.

基于a-IGZO TFT的AMOLED像素电路稳定性的仿真研究

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)有望在有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路中得到实际应用,但其电压偏置效应仍会引起电路特性的不稳定。本文利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取并建立了SPICE仿真模型,通过拟合得到了它的阈值电压随时间变化的方程。在此基础上,采用SPICE软件对基于a-IGZO TFT的2T1C和3T1C两种AMOLED像素电路的稳定性进行了比较研究,证明3T1C电路对阈值电压偏移确实存在一定的补偿效果。最后讨论了进一步改善AMOLED像素电路稳定特性的方法和实际效果。

非晶InGaZnO薄膜晶体管驱动OLED像素电路的仿真研究

为解决非晶InGaZnO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)因其阈值电压漂移而导致的OLED电流衰减的问题,本文研究了基于a-IGZO TFT的有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路的阈值电压补偿问题。利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取后建立的SPICE仿真模型并进行仿真计算,对电压驱动型2T1C和4T1C的像素电路进行稳定性的比较研究,证明了4T1C电路对阈值漂移有非常好的补偿效果,并指出增加存储电容值和驱动TFT的宽长比可有效提高OLED电流的保持能力。

非晶In-Ga-Zn-O沟道薄膜晶体管存储器研究

非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)沟道薄膜晶体管存储器在先进系统面板领域具有重要的应用前景。首先阐明了a-IGZO材料在系统面板和柔性器件等应用中所具有的优势,然后对a-IGZO薄膜的制备方法及材料性能进行了归纳。最后对基于a-IGZO沟道薄膜晶体管存储器的结构、编程和擦除特性等文献报道进行了总结,重点讨论了该类存储器在通常情况下擦除效率低的原因及其改善措施。因此,对今后开发高性能a-IGZO沟道薄膜晶体管存储器具有很好的指导意义。

基于喷墨打印的In_2O_3/IGZO TFT的电学性能

利用喷墨打印技术制备了非晶铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜、铟氧化物(In_2O_3)薄膜和性能明显改善的双层In_2O_3/IGZO异质结沟道薄膜,研究了薄膜的物理与电学特性。结果表明,喷墨打印制备的金属氧化物薄膜具有较高的光学透过率与较低的表面粗糙度;嵌入的In_2O_3层薄膜能减小IGZO与In_2O_3间的界面缺陷,明显提高In_2O_3/IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能及其偏压稳定性。随着IGZO中In含量的增加,载流子浓度升高,器件的迁移率增大,但In_2O_3与IGZO间能级势垒会逐渐降低,最后导致难以控制关态电流和阈值电压,因此,适当调整In的比例有利于获得较高器件性能的In_2O_3/IGZO异质结沟道TFT。

双有源层a-IGZO TFT研究进展

总结了双有源层a-IGZO TFT器件的研究进展,重点阐述了a-IGZO的双有源层器件在高稳定性机制、制备工艺、上下层元素比例、掺杂和工艺参数等方面的研究结果,详细分析了双有源层对器件特性的影响及改进方法,并对双有源层a-IGZO TFT的发展方向进行了展望。

沟道层带尾态密度和厚度对a-IGZO薄膜晶体管特性影响的数值仿真

建立了非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(thin-film transistor,简称TFT)的仿真模型,仿真分析了IGZO半导体层带尾态密度和沟道层厚度两个参数对IGZO TFTs特性的影响规律.研究结果表明,当半导体层带尾态密度增加到1.5×10^(19)cm^(-3)·eV^(-1)及以上时,器件电学特性受深陷阱态影响劣化,亚阈值摆幅增加;沟道层薄膜厚度较小(<40 nm)时,器件的转移特性良好,当沟道层薄膜厚度超过40 nm时,器件的电学特性劣化,关态电流增加,开关比降低,亚阈值摆幅增加.本工作数值仿真分析方法可为设计制备IGZO TFTs提供一定的理论基础和实验指导.

柔性光电器件光电特性分析

近年来,基于非晶铟镓锌氧化物的柔性光电薄膜晶体管在柔性显示、通信和探测等领域得到广泛应用。为提高柔性光电探测器的开关电流比和光谱灵敏度,文中基于SILVACO软件的ATLAS对柔性有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行了模拟分析,研究在不同材料有源层厚度比情况下具有底栅电极结构的柔性光电器件的光电性能。分析结果表明,双有源层结构比单有源层结构薄膜晶体管有更好的电学性能,特别是在有源层结构厚度为40 nm的情况下,当铟锌氧(Indium-Zinc-Oxide, IZO)与铟镓锌氧(Indium-Gallium-Zinc-Oxide, IGZO)材料的厚度比为1∶7时,柔性光电器件具有最佳的开关电流比;在波长为300 nm的光照下入射光对光器件的关态电流增益影响最大,光电器件的积分灵敏度最高,说明其对紫外光较敏感,有望应用在军事通讯、空间科学、环境和生物细胞癌变监测等紫外光波段探测领域。