氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的若干研究.pdf

1、近年來，基于氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管(TFTs)因在未來大尺寸、高幀率和高分辨率的平板顯示器中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。現(xiàn)今的有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)和有源矩陣有機發(fā)光二極管顯示(AMOLED)普遍采用的是非晶硅的TFT技術(shù)。和非晶硅TFT技術(shù)相比，氧化物半導(dǎo)體TFT技術(shù)存在諸多優(yōu)點，包括高遷移率、高光學(xué)透過率和低工藝溫度等。這些優(yōu)點使得氧化物TFT技術(shù)更適合運用于透明顯示和柔性顯示。在本文中，我們研究了三種不同的氧化物半導(dǎo)體，分別

2、是氧化鋅(ZnO)、銦鎵鋅氧(InGaZnO，IGZO)和銦鋁鋅氧(InAlZnO，IAZO)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果可以概括如下:
　　1.我們制備了以ITO和金屬Cr作為源漏電極的ZnO TFTs，研究了源漏電極與ZnO溝道層的接觸對TFT性能的影響。ITO電極能與溝道層形成了更好的接觸，其器件性能也明顯優(yōu)于Cr電極的TFT。
　　2.我們采用了退火控制ZnO薄膜載流子的方法來實現(xiàn)ZnO TFTs的器件特性。發(fā)現(xiàn)對室溫

3、制備的ZnO TFTs，在N2氣氛下采用低溫退火比較合適，既能增加ZnO溝道層的遷移率和降低缺陷態(tài)密度，又能保證低的關(guān)態(tài)電流。低溫退火的缺點是不能消除薄膜中高溫退火才能消除的缺陷態(tài)。
　　3.我們利用TFT的結(jié)構(gòu)研究了ZnO薄膜中持續(xù)光電導(dǎo)(PPC)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)柵極電壓能夠控制光電流衰退的快慢。我們提出一個可能的模型解釋這種柵壓可控PPC現(xiàn)象的原因。在柵極電壓的作用下，電子與電性相反的氧空位Vo2+和空穴的分離，導(dǎo)致復(fù)合速率的下降。

4、
　　4.我們制IGZO TFTs并研究了其穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)了IGZO TFTs的兩種不穩(wěn)定機制。室溫制備的IGZO TFTs具有柵壓連續(xù)掃描不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為第二次掃描的轉(zhuǎn)移特性曲線出現(xiàn)大的偏移，這是由溝道中淺陷阱缺陷導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。這些淺陷阱缺陷是由氧空位與薄膜中的空隙共同引起的，通過氧氣氣氛高溫退火能夠消除這種缺陷。退火后的IGZO TFTs具有柵極偏壓工作不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)移特性曲線平行右移而其亞閾值擺幅S幾乎不變。柵極偏壓不穩(wěn)

5、定性歸因于絕緣層與溝道層界面的陷阱機制。
　　5.我們在室溫條件下沉積了非晶IAZO薄膜，研究了退火溫度對薄膜結(jié)構(gòu)，形貌，光學(xué)和電學(xué)性能的影響。薄膜的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)即使在高溫退火下也能穩(wěn)定存在。退火處理會影響薄膜的原子重新排列，但對表面形貌影響不大。退火后薄膜的電阻率不斷下降，遷移率也有所提高。隨著退火溫度的升高，薄膜的吸收邊發(fā)生紅移，其光學(xué)禁帶寬度不斷下降。
　　6.我們制備了IAZO TFTs，發(fā)現(xiàn)其具有與IGZO TFTs

6、相當?shù)碾妼W(xué)性能。低溫退火的IAZO TFTs具有跟室溫制備的IGZO TFTs一樣的連續(xù)掃描不穩(wěn)定性。XPS的結(jié)果顯示退火溫度升高，氧空位含量減少，表明引起不穩(wěn)定的淺陷阱缺陷與氧空位相關(guān)。高溫退火后這種不穩(wěn)定性消失，只存在界面陷阱機制引起的偏壓工作不穩(wěn)定性。
　　7.我們研究了環(huán)境因素對IAZO TFTs穩(wěn)定性的影響，驗證了空氣成分如何影響TFT性能。干燥的N2和O2幾乎不影響TFT性能。濕度對TFT的性能有很大影響，一方面增加了