非晶铟镓锌氧薄膜晶体管反相器稳定性提升的电路设计

薄膜晶体管(TFT)反相器的稳定性问题是影响其在玻璃上系统(SOG)显示技术等领域中实际应用的重要挑战。本文基于实验数据提取了非晶铟镓锌氧TFT器件仿真模型,拟合并得到了其阈值电压变化幅度(ΔVTH)与电压偏置时间的拉伸指数方程。在此基础上,探究了传统伪CMOS反相器的电学稳定性随偏置时间的变化规律,并提出了一种改进的TFT反相器电路,对其进行管宽调节并设计了物理版图。改进型反相器通过延迟输出级下拉管的开启使输出高电平值接近电源电压,增加了18.47%。通过反馈缓解其阈值电压漂移所导致的等效电阻增大对输出级电流的影响,显著提高了其速度稳定性。在电压偏置时间为2.56×10^(7)s时,其上升时间的变化率只有4.09%,远低于传统伪CMOS反相器的296.11%。

射频磁控溅射低温制备非晶铟镓锌氧薄膜晶体管

利用射频磁控溅射技术室温制备了铟镓锌氧(IGZO)薄膜,采用X射线衍射(XRD)表征薄膜的晶体结构,原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌,分光光度计测量其透光率。结果表明:室温制备的IGZO薄膜为非晶态且薄膜表面均匀平整,可见光透射率大于80%。将室温制备的IGZO薄膜作为有源层,在低温(<200℃)条件下成功地制备了铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT),获得的a-IGZO-TFT器件的场效应迁移率大于6.0 cm2.V-1.s-1,开关比约为107,阈值电压为1.2 V,亚阈值摆幅(S)约为0.9 V/dec,偏压应力测试a-IGZO TFT阈值电压随时间向右漂移。

非晶铟镓锌氧薄膜晶体管钼/铜源漏电极的研究

针对非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZOTFT)的钼/铜源漏电极开展研究。实验证明,单层Mo源漏电极与栅绝缘层之间的粘附性好、表面粗糙度较小、电阻率较大,而单层Cu源漏电极与栅绝缘层之间的结合性差且Cu原子扩散问题严重、表面粗糙度较大、电阻率较小。为了实现优势互补,我们设计了双层Mo(20nm)/Cu(80nm)源漏电极,并采用优化工艺制备了包含该电极结构的a-IGZOTFT。器件具有良好的电学特性,场效应迁移率为8.33cm^2·V^(-1)·s^(-1),阈值电压为6.0V,亚阈值摆幅为2.0V/dec,开关比为1.3×10~7,证明了双层Mo/Cu源漏电极的可行性和实用性。

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。

非晶铟镓锌氧薄膜晶体管银/钛源漏电极的研究

为了适应大尺寸高分辨率显示的技术需求,研究并开发用于非晶铟镓锌氧(a-IGZO)薄膜晶体管(TFT)阵列的低电阻电极非常关键。本文采用磁控溅射制备的金属银为源漏电极,设计并制作了底栅结构的a-IGZO TFT器件。实验发现,具有单层银源漏电极的器件电学特性较差,这是因为银与a-IGZO之间不能形成良好的欧姆接触。另一方面,通过增加钛中间层而形成的Ag/Ti电极在保持低电阻的同时能够有效阻止银原子扩散并与a-IGZO形成较好的接触状态。最终制备的以Ag/Ti为源漏电极的a-IGZO TFT具有明显改善的电学特性,场效应迁移率为1.73cm^2/V·s,亚阈值摆幅2.8V/(°),开关比为2×10~7,由此证明了磁控溅射制备的银电极具有应用于非晶氧化物薄膜晶体管的实际潜力。

环境湿度对非晶铟镓锌氧薄膜晶体管负偏压光照稳定性的影响

为了探究环境湿度对非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)的负偏压光照(NBIS)稳定性的影响,本文使用非密闭腔室进行不同波长光照射下以及不同相对湿度下的TFT负偏压测试。介绍了a-IGZO TFT的基本结构以及实验所用I-V测试系统。测试了不同波长光照条件下a-IGZO TFT的转移特性曲线以及相同波长光照射下不同相对湿度的转移特性曲线。实验结果表明a-IGZO TFT的转移特性曲线随着电压偏置时间的增加而发生负偏;随着光照波长的减小,器件阈值电压负漂越明显。随着相对湿度增加,a-IGZO TFT的NBIS不稳定性逐渐降低,但其电学特性发生了严重的劣化。在相对湿度为50%,光照波长为400 nm时,a-IGZO TFT的NBIS电学特性最好,其在负偏压时间为1500 s时的阈值电压偏移为15 V。

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。

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。

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。

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。

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管关键工艺研究

为优化金属氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT)的特性,采用射频磁控溅射法沉积IGZO薄膜作为半导体活性层,制备出具有刻蚀阻挡层(Etch stop layer,ESL)结构的IGZO TFT,在2.5 G试验线上研究了IGZO沉积过程中O_2浓度、IGZO沉积后N_2O等离子体处理、ESL的制备温度和ESL沉积过程中N_2O/Si H4的比例等关键工艺条件对IGZO TFT的阈值电压(Vth)的影响。实验结果表明:IGZO沉积过程中O_2浓度的增加、IGZO沉积后N_2O等离子体处理和ESL制备温度的降低会导致IGZO TFT的V_(th)正偏移。

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。

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.

聚酰亚胺在非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管器件中的钝化应用

提出了采用聚酰亚胺(PI)作为非晶铟镓锌氧(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin-film Transistors,TFT)钝化层的制备工艺。PI成膜采用旋涂工艺,可减少钝化层成膜工艺对TFT器件沟道层的破坏,降低对器件性能的影响。PI可作为有效的钝化层,从而避免因有源层a-IGZO沟道表面气体分子吸附效应造成的TFT器件特性恶化。此外,采用PI作为钝化层的a-IGZO TFT器件,其负栅压应力(Negative Gate-bias Stress,NBS)下稳定性得到改善,可能与PI烘烤固化过程中扩散进入器件内部的氢(H)钝化有源层内的缺陷相关。

有源层厚度对氧化铟镓锌薄膜晶体管性能的影响

使用磁控溅射法制备了IGZO-TFT,研究有源层厚度对其电学性能的影响。实验结果表明,器件的阈值电压和开关比会随着有源层厚度的增大而减小,而器件的亚阈值摆幅和饱和迁移率则会随有源层厚度的增大而增大。此外,还研究了有源层厚度对器件偏压稳定性的影响。有源层厚度越大的器件,其阈值电压漂移也会越大。这主要与半导体层中所增加的缺陷态密度有关。

快速热处理方法对铟镓锌氧化物薄膜晶体管特性的改善

为了达到在短时间内提高铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)性能的目,本文提出了一种快速热处理(RTP)的后处理方法,并对其升温时间进行研究。实验结果表明RTP工艺能够在短时间内实现a-IGZO薄膜内部的缺陷复合与断键重连,提升a-IGZO薄膜质量,从而提高a-IGZO TFT的器件性能。基于RTP工艺的a-IGZO TFT获得了良好的电学特性,其阈值电压与亚阈值摆幅低至0.2 V与0.31 V·decade-1,与未退火的a-IGZO TFT相比分别降低了67%与77%;其载流子迁移率与开关电流比高达8.7 cm2/Vs与7.8×106,与未退火样品相比分别提升了171%与1.1×103倍。与此同时,RTP的处理时间仅需不到5 min,大幅度缩短了a-IGZO TFT所需的后处理时间。

非晶铟锌钨氧化物薄膜晶体管的电学性能和稳定性研究

采用射频磁控溅射法制备了非晶铟锌钨氧化物(a-IZWO)薄膜和以此半导体薄膜为沟道层的薄膜晶体管。研究了沟道宽长比和退火时间对器件电学性能的影响。结果表明,沟道宽长比为400μm:400μm的器件经过120min200℃空气退火后其电学性能达到最佳,场效应迁移率达到7.29 cm^2/Vs,阈值电压为-2.86 V,电流开关比超过10~7,亚阈值摆幅低至0.13 V/decade。偏压稳定性测试结果证实了器件的偏压稳定性主要受到沟道层缺陷、背沟道表面氧离子和H_2O^+离子吸附等因素的影响。随着器件沟道宽长比不断增大,退火时间不断延长,器件受到这些因素的影响变小,稳定性越来越好。

基于微增材技术制造的氧化铟镓锌薄膜晶体管及其性能

薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFT)是一种重要的有源电子元器件。微笔直写技术作为一种增材制造技术,因其能在三维(3D)曲面基板上直接实现电子元器件的增材制造而备受关注。基于微笔直写的微增材制造技术,采用氧化铟镓锌(IGZO)材料作为有源层,制备了IGZO-TFT器件。在最佳的工艺参数条件下得到的TFT器件迁移率为1.43 cm^(2)/(V·s),开关电流比大于10^(8)。该迁移率与喷墨打印制备的IGZO-TFT器件的迁移率(1.41 cm^(2)/(V·s))相近,低于通过旋涂制备的器件迁移率(4.59 cm^(2)/(V·s))。这表明微笔直写技术是一种可行的薄膜晶体管增材制造技术。