非晶氧化銦鎵鋅薄膜晶體管的制備與性能研究.pdf

1、當(dāng)前，顯示技術(shù)迅猛發(fā)展，大尺寸、柔性化以及透明化顯示器已成為重要的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的非晶硅材料遷移率低、透光性差，無(wú)法滿(mǎn)足顯示需求。氧化銦鎵鋅(IGZO)薄膜由于具備遷移率高、均勻性好、在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透光率高等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。本論文采用IGZO薄膜作為有源層材料分別在Si基襯底與高透光率的石英玻璃襯底上制備了非晶氧化銦鎵鋅薄膜晶體管(a-IGZO TFT)，研究了薄膜制備工藝對(duì)a-IGZO TFT性能的影響。主要工作內(nèi)容包含以下幾個(gè)

2、方面：
　　采用射頻磁控濺射法制備了IGZO薄膜，并通過(guò)X射線衍射(XRD)和能量色散譜儀(EDS)對(duì)薄膜的晶相結(jié)構(gòu)與具體成分進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)退火溫度達(dá)到500℃時(shí)，室溫下沉積的IGZO薄膜仍為非晶態(tài)。
　　本文在Si基襯底上制備了a-IGZO TFT器件，研究了氧氬比、有源層厚度及濺射功率對(duì)TFT性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)O2:Ar為10:90，有源層厚度為161nm，濺射功率為100W時(shí)，TFT的電學(xué)性能最佳，開(kāi)關(guān)比為4

3、.9×105，飽和遷移率為8.19cm2/Vs，閾值電壓為3.0V，亞閾值擺幅為1.84V/dec。當(dāng)O2:Ar低于或高于10:90時(shí)，器件的遷移率會(huì)降低，閾值電壓增大；當(dāng)有源層厚度小于161nm時(shí)，由于有源層較薄，輸運(yùn)到溝道中的載流子數(shù)量較少，因此遷移率會(huì)降低。當(dāng)有源層厚度大于161nm時(shí)，載流子的傳輸會(huì)受到薄膜中的大量電荷和帶電離子的散射作用而降低其遷移率；在100W以?xún)?nèi)，隨著濺射功率的增加，器件的開(kāi)關(guān)比、遷移率得到提高，閾值電壓與

4、亞閾值擺幅降低。
　　以石英玻璃為襯底，采用PECVD生長(zhǎng)絕緣層Si3N4薄膜成功制備了透明a-IGZO TFT器件，并對(duì)Si3N4薄膜沉積以及器件退火工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)Si3N4沉積溫度為350℃、器件退火溫度為400℃時(shí)，TFT的電學(xué)性能最優(yōu)，開(kāi)關(guān)比為6.5×104，飽和遷移率為7.46cm2/Vs，閾值電壓為4.1V，亞閾值擺幅為1.98V/dec。在350℃以?xún)?nèi)，隨著沉積溫度的提高，Si3N4薄膜絕緣性更加良好。

5、在500℃以?xún)?nèi)，IGZO薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透光率隨著退火溫度增加而增加。
　　制備了雙有源層結(jié)構(gòu)的a-IGZO TFT，雙有源層由含氧量不同的兩層IGZO薄膜構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此種結(jié)構(gòu)可以明顯降低TFT的關(guān)態(tài)電流，提高其開(kāi)關(guān)比與飽和遷移率。當(dāng)O2:Ar為7:93/35:65時(shí)，TFT的性能最優(yōu)，開(kāi)關(guān)比達(dá)到2.6×107，飽和遷移率為18.39cm2/Vs，閾值電壓為1.6V，亞閾值擺幅為0.97V/dec。本文還研究了不同退火氣氛(