退火温度对溶液法制备IGZO-TFT器件性能影响

随着人们进入信息时代,半导体技术快速发展,对薄膜晶体管(Thin film transistor,简称TFT)的性能要求逐渐提高.IGZO由于具有较高的载流子迁移率、相对良好的均匀性等优势而受到广泛关注;而传统的真空技术制备薄膜晶体管,因制备工艺复杂、制备成本高等问题,在快速发展的信息时代逐渐显露出局限性,本文采用制备工艺更为简单的溶液法在Si/SiO_(2)基底上制备IGZO有源层薄膜,并测试不同退火温度(450℃,550℃,650℃)条件下对薄膜性能的影响.结果表明,适当提高退火温度可以有效改善IGZO-TFT器件的电学性能,本实验测试得出:当溶液法制备薄膜在550℃退火温度下退火器件性能最优,溶液法制备的器件电流开关闭达到105,器件性能相对比较稳定.

晶态IGZO薄膜晶体管的研究进展

随着显示技术的不断发展,对高性能、高稳定性的薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)的需求日趋增加,通过结晶改善薄膜晶体管性能的方法受到大量关注。当前,铟镓锌氧化物(IGZO)材料由于具有迁移率高、柔性好、透明度高等优势,被广泛用于薄膜晶体管的沟道中,而改善IGZO沟道层的结晶形态也成为研究热点。本文总结了晶态IGZO薄膜晶体管器件的研究进展,详细介绍了IGZO系化合物的晶体结构,重点阐述了单晶、c轴取向结晶、六方多晶型、尖晶石型、纳米晶型和原生结晶型IGZO的结构和各晶态IGZO薄膜晶体管的制备方法、器件性能和稳定性,深入分析其微观结构,总结物理特性,阐述不同晶系结构的结晶机理,建立不同晶体结构与电学特性的关系,最后对晶态IGZO薄膜晶体管的发展进行展望。

基于IGZO薄膜晶体管的高可靠性时分驱动GOA电路

本文提出一种新颖的基于IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)薄膜晶体管的双向扫描集成栅极驱动(Gate Driver on Array,GOA)电路,特别适用于in-cell触控显示.本文提出的GOA电路采用时分驱动方式(Time-Division Driving Method,TDDM)实现高报点率的in-cell触控,并防止触控信号失真.该GOA电路支持扫描-暂停-重启模式,即输出几十个连续的显示寻址扫描脉冲后,栅极驱动输出暂停以执行触控侦测.在触控侦测期间,GOA电路中的Touch控制单元开始工作,使所有栅极输出低电位以消除显示驱动信号对触控的干扰.此外,本文提出的GOA电路采用双低电平维持(Low Level Maintaining,LLM)模块,能有效抑制LLM晶体管的阈值电压漂移.电学模拟结果表明,本文提出的GOA电路无论工作于正向还是反向扫描,均能产生均匀的输出波形,并且停坑级的输出波形与正常级波形一致.采用IGZO晶体管制作了10.4英寸in-cell触控显示面板以验证本文提出的GOA电路,支持90 Hz显示刷新率与180 Hz触控报点率.此外,借助工艺与设计优化,进一步提高GOA电路在恶劣环境下的使用寿命,成功通过高温高湿(85℃/85%)操作500 h的可靠性测试.

IGZO TFT阈值电压均一性及稳定性研究

调查和研究了现有IGZO薄膜制备工艺,改善了成膜均一性及稳定性,进一步稳定了阈值电压,提升了器件稳定性。首先,通过调整IGZO成膜设备掩膜版的位置,改善基板边缘IGZO膜厚偏薄的状况,提升整面基板阈值电压的均一性;然后,通过分析磁控溅射成膜中磁铁摆动角度的调整对IGZO成膜均一性的影响,确定最优的成膜方式,有效改善阈值电压分布。最后,针对不同氧分压成膜条件,结合残余气体分析,进一步分析研究成膜过程中气体组分,尤其氧气对阈值电压稳定性的影响。研究发现,改善基板边缘及整面IGZO膜厚的均一性,可有效提升TFT器件阈值电压的均一性;控制IGZO成膜过程中氧分压波动,可提高阈值电压的稳定性。

TFT-IGZO工艺制程中TFT特性研究与改善

分析了IGZO-TFT器件的基本特性及电性不稳定性影响因素。对有源保护层薄膜性能与TFT电学特性的依存关系给出了合理解释,并通过实验验证优化了有源保护层制备手法,解决了因有源保护层SiO2致密性引起的TFT开关阈值电压左向偏移显示不良问题;同时还基于IGZO-TFT总结了PECVD SiO2薄膜特性与沉积各重要因素间的关系。

H_2O_2对溶液法制备a-IGZO薄膜光学特性的影响

基于溶液旋涂法和高压退火工艺制备了a-IGZO薄膜。采用椭圆偏振光谱分析仪以及原子力显微镜研究和分析了H_2O_2对薄膜的表面结构和光学特性的影响。实验结果表明,a-IGZO前驱液中不含H_2O_2的薄膜,退火温度从220℃升高到300℃,薄膜的光学带隙从3.03增加到3.29,而膜表面粗糙层由20.69nm降至4.68nm。在同样的高压退火条件处理下,与前驱液中没加入H_2O_2的薄膜相比,折射率显著增加并明显的降低了薄膜表面粗糙度。退火温度在300℃时,薄膜的光学带隙由3.29eV增大到3.34eV,表面粗糙层由4.68nm减少到2.89nm。因此,H_2O_2可以在相对低温条件下有效降低薄膜内部的有机物残留及微缺陷,形成更加致密的a-IGZO薄膜。证明了利用H_2O_2能够有效降低溶液法制备aIGZO薄膜所需的退火温度。

Al_2O_3薄层修饰SiN_x绝缘层的IGZO-TFTs器件的性能研究

采用原子层沉积工艺(ALD)生长均匀致密的三氧化二铝(Al2O3)薄层对氮化硅(Si Nx)绝缘层进行修饰,研究了铟镓锌氧薄膜晶体管(IGZO-TFTs)器件的性能。当Al2O3修饰层厚度为4 nm时,绝缘层-有源层界面的最大缺陷态密度相比于未修饰器件降低了17.2%,器件性能得到显著改善。场效应迁移率由1.19 cm2/(V·s)提高到7.11 cm2/(V·s),阈值电压由39.70 V降低到25.37 V,1 h正向偏压应力下的阈值电压漂移量由2.19 V减小到1.41 V。

磁控溅射法制备非晶IGZO透明导电薄膜

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了IGZO薄膜,研究了IGZO薄膜的性质和制备工艺条件。重点研究了射频功率对IGZO薄膜的结构特性、光电特性的影响以及厚度对薄膜电阻率的影响。制备的IGZO薄膜最高品质因子为1.94×10-3Ω-1,对应的薄膜电阻率和透过率分别为2.6×10-3Ω·cm和87.2%。

氧分压对直流磁控溅射IGZO薄膜特性的影响

在室温下,利用直流磁控反应溅射法分别在硅片和石英玻璃上制备IGZO薄膜。通过控制溅射时氧分压的不同,研究其制备IGZO薄膜的微结构、表面形貌及其元素结合能及电学与光学特性。结果表明,在不同的氧分压下,薄膜始终保持稳定的非晶结构,并且在可见光区域的透光率超过80%。随着氧分压的增加,薄膜的表面粗糙度增加,沉积速率下降。通过X射线光电子谱分析随氧分压的增大,氧空位的增加,从而引起薄膜的电阻率增大,光学禁带宽度逐渐由3.58减小到3.50e V。氧分压是磁控溅射IGZO薄膜的关键因素。

非晶IGZO透明导电薄膜的L-MBE制备

报道了一种利用等离子辅助激光分子束外延技术(L-MBE)在石英衬底上制备IGZO透明导电薄膜的新工艺.该工艺在超高真空中进行,可以有效避免杂质和污染,提高薄膜的纯度和光学、电学性能.通过优化生长时的气体离化功率,在300W射频功率下,得到光学电学性能优良的非晶态IGZO透明导电薄膜,其可见光范围内透过率超过80%,其室温电子迁移率高达16.14cm2v-1s-1,明显优于目前薄膜晶体管(TFT)中常用的非晶硅和有机物材料.测试结果表明,采用此工艺制备的非晶态IGZO透明导电薄膜,具有优良的光学、电学特性,能代替非晶硅和有机物,提高TFT-LCD的性能,实现真正的全透明、高亮度及柔性显示.

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。

金属氧化物IGZO薄膜晶体管的最新研究进展

最近几年,金属氧化物IGZO薄膜晶体管成为研究热点,具有高迁移率、稳定性好、制作工艺简单等优点,备受人们关注。文章综述了制作金属氧化物IGZO晶体管的结构及其优缺点,总结了影响金属氧化物IGZO薄膜晶体管性能的因素,并提出了制作高性能金属氧化物IGZO薄膜晶体管的方法。

DUV辅助高压退火对a-IGZO薄膜微结构及光学特性的影响

利用原子力显微镜和椭圆偏振光谱仪,研究了不同退火温度下深紫外(DUV)辅助高压处理对溶液旋涂法制备的非晶IGZO薄膜微观结构与光学特性的影响。实验结果表明,通过DUV辅助高压退火处理,当退火温度从210℃升高至300℃,薄膜的光学带隙由2.97eV升至3.32eV,而膜表面粗糙层从22.81nm降至5.02nm。300℃-DUV处理的样品与同等压强下300℃无UV处理和350℃退火处理的相比,薄膜的折射率增加并明显地降低了其表面粗糙度,因此,DUV辅助高压退火处理能够有效减少有机化合物的残留,促进了成膜前驱基团的迁移,并形成更加致密的非晶IGZO薄膜。

沟道长度对IGZO薄膜晶体管性能的影响

在室温条件下采用射频磁控溅射的方法在热氧化SiO_(2)衬底上生长IGZO薄膜作为有源层,并将其制备为薄膜晶体管器件.研究不同的沟道长度对IGZO薄膜晶体管电学性能的影响.使用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征IGZO薄膜的厚度,使用原子力显微镜(AFM)表征薄膜的表面形貌.实验结果表明,沟道长度对IGZO薄膜晶体管有着重要影响.当沟道长度为10μm时,IGZO薄膜晶体管的开关电流比达到1.07×10^(8),载流子迁移率为3.81cm^(2)/V,阈值电压为27V,亚阈值摆幅为2V/dec.

氧分压对磁控溅射制备IGZO薄膜光电特性的影响

通过磁控溅射技术在玻璃基板上制备氧化铟镓锌（IGZO）薄膜，为了研究不同氧分压对IGZO薄膜结构及光电特性的影响，在不同的氧分压0，0．015，0．06和0．24Pa下制备了不同样品。样品的沉积速率、成分结构、面电阻及光电性质分别用椭偏仪、X射线光电子能谱（XPS）和四点探针等方法进行了测量。实验结果表明，随着氧分压的增大，IGZO薄膜的沉积速率呈下降趋势，不同氧分压的IGZO薄膜的元素比例（In：Ga：Zn）差异不大，在可见光的范围内其氧分压为0Pa以上时，IGZO薄膜平均透过率均超过80％，阻值随氧分压的增加而增大。制作了不同氧分压以IGZO为沟道层的薄膜晶体管，其迁移率为5．93～9．42cm^2·V^-1·s^-1，阈值电压为3．8～9．2V。

基于表面势的非晶IGZO薄膜晶体管分析模型

报道了一种适于模拟n沟道非晶IGZO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)的直流I-V特性的分析模型。该模型充分考虑了深能级类受主态对自由电子的捕获,并将表面势的概念引入a-IGZO TFT结构。在分析器件能带结构和载流子输运的基础上,参考Si基MOSFET中表面势模型的分析方法,利用半导体-绝缘体界面电荷的泊松方程表达,并结合能带-电压关系,导出了器件饱和区和非饱和区的I-V解析表达式。通过Matlab编程模拟了a-IGZOTFT的转移特征曲线和输出特征曲线,对文献中实验数据进行拟合发现,提出的模型与实验数据均能很好地吻合。该模型结构简明,所包含的参数物理意义明确,有很强的实用性。

磁控溅射法制备IGZO薄膜材料技术的研究进展

IGZO TFT具有载流子迁移率高、可见光透过率高、大面积均匀性良好、低功耗等优点,成为显示器朝着大尺寸、柔性化方向发展最具潜力的新型背板技术。综述了IGZO材料的特性和应用,总结出IGZO薄膜的制备方法,同时提出了IGZO靶材的性能要求和关键技术,可为IGZO靶材的研究及产业化提供借鉴。

一种新型a-IGZO TFT集成栅极驱动电路设计

在传统集成栅驱动电路中采用非晶InGaZnO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)后会造成信赖性的降低,经过分析确定原因为驱动TFT阈值电压漂移。本文提出了一种改进的集成栅驱动电路,通过对驱动TFT栅节点电压的稳定控制,获得了较大的驱动TFT阈值电压漂移冗余度(从原来的不到±-3V扩大到±-9V),克服了a-IGZO TFT阈值电压漂移所造成的电路失效,稳定了集成栅驱动电路并延长了液晶显示器面板的寿命。

不同溅射气体对a-IGZO TFT特性的影响

采用脉冲直流(Pulsed DC)方式和不同的单组份气体(Ar、O2、N2)溅射制作IGZO,研究了缺氧(Ar)、富氧(O2)、氧替代(N2)三种情形下的IGZO-TFT特性。通过AES、XRD、AFM等分析手段,考察了不同气体制备的IGZO膜以及相应靶材的成分及结构,发现不同的溅射气体对IGZO膜的成分比例和电学结构具有重要的影响。实验结果表明,Ar-IGZO TFT在退火后具有良好的特性,S值为1 V/dec,迁移率可达8.3 cm2/Vs,开关比Ion/Ioff≥105。

高压退火气氛对溶液法制备a-IGZO薄膜光学特性的影响

利用椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜,研究了相同温度下不同退火气氛及压强处理对溶液旋涂法制备a-IGZO光学特性和薄膜微观结构的影响。实验结果表明,当退火气氛为O_2时,压强由0.1MPa增加到1.5MPa,薄膜的光学带隙由3.23eV增大到3.31eV,表面粗糙层由6.77nm降低到4.77nm。与N_2气氛相比,1.5MPa O_2气氛下薄膜的光学带隙有所提高,表面粗糙度也有所降低。因此,在1.5MPa O_2气氛下,可以有效降低薄膜内部有机物的残留及缺陷,形成更加致密的非晶a-IGZO薄膜。