a-IGZO薄膜晶體管的制備及界面接觸性能的研究.pdf

1、2003年誕生的非晶態(tài)氧化銦鎵鋅材料(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide，a-IGZO)為世界開啟了非晶態(tài)氧化物半導體材料的大門。由于該種材料可以在非晶態(tài)表現(xiàn)出良好的半導體特性，如大于5 cm2.W-1．s-1的載流子遷移率，同時其薄膜致密平整，在可見光區(qū)透明度高，是下一代柔性透明薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)理想的半導體材料。本文主要研究a-IGZOTFT的制備工藝，

2、如直流磁控濺射、旋涂與真空蒸鍍；同時還有器件結(jié)構(gòu)以及a-IGZO薄膜與不同絕緣層的界面接觸對TFT器件性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴回顧了氧化物TFT的發(fā)展并重點總結(jié)了a-IGZO TFT的研究歷程及其相對其他半導體材料的優(yōu)勢。接著利用掃描隧道顯微鏡（Scanning ElectronMicroscope，SEM)和原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)測試a-IGZO薄膜表面形貌，得出的

3、結(jié)論是磁控濺射制備的a-IGZO薄膜致密、平整且保證了材料的非晶態(tài)。⑵聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯醇(PVA)兩種有機材料通過溶液法旋涂的方式被用作a-IGZO TFT的絕緣層，并根據(jù)上述兩種材料制備的絕緣層的a-IGZO TFT比較了頂柵和底柵結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和劣勢。結(jié)果表明磁控濺射的高功率對有機絕緣層的破壞作用是不可忽視的。對比不同絕緣層厚度和不同濺射功率的器件可以發(fā)現(xiàn)，濺射功率太高或者絕緣層厚度太薄的底柵器件柵極和源漏之間很容易導

4、通，而相比之下頂柵器件由于優(yōu)先制備a-IGZO有源層，絕緣層沒有受到高能磁控濺射的影響，因此頂柵器件普遍關態(tài)漏電流較小。但另一方面，頂柵器件的載流子遷移率稍遜于底柵器件。根據(jù)AFM的測試結(jié)果，原因在于a-IGZO在玻璃基板上的成膜平整度不如在絕緣層上成膜的平整度。同時測試結(jié)果還表明PVA材料比PMMA更適合作為a-IGZO TFT的絕緣層材料。因為PVA的介電常數(shù)遠大于PMMA，使得前者作為絕緣層的器件不論是載流子遷移率還是開關比都明顯

5、優(yōu)于后者。⑶討論了底柵底接觸和底柵頂接觸兩種結(jié)構(gòu)。運用PMMA和PVA分別制備的a-IGZO TFT均表明底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的器件其載流子遷移率更高，閡值電壓更低。⑷用PVA絕緣層材料加上置于絕緣層和有源層之間的a-IGZO緩沖層制備出本文中性能最好的a-IGZO TFT．其載流子遷移率達到l1.59 C1112-V-I-S-I，閾值電壓為0.18 V。該器件的性能指標已經(jīng)與使用傳統(tǒng)無機絕緣層的a-IGZO TFT處于相近的水平。該實驗結(jié)果

6、證明了一層導電性較好的a-IGZO緩沖層對TFT的整體性能有明顯的提升，也凸顯出絕緣層與有源層的接觸性能是高性能TFT的關鍵要素之一。⑸實驗了使用溶液法氧化鋁作絕緣層的a-IGZO TFT。首先對比的是常規(guī)型溶液法和燃燒溶液法氧化鋁絕緣層，結(jié)果表明燃燒溶液法氧化鋁絕緣層并沒有優(yōu)于常規(guī)溶液法氧化鋁，但前者通過溶液自發(fā)熱降低了氧化鋁制備工藝中的退火溫度。接下來一組實驗又分析了氧化鋁絕緣層的退火溫度對TFT器件性能的影響，得出的結(jié)論是200。