二氧化錫溝道鐵電薄膜晶體管的制備及其性能研究.pdf

1、以薄膜晶體管(TFT)為開關(guān)元件的有源陣列驅(qū)動顯示器是眾多平板顯示器中的佼佼者。透明氧化物半導(dǎo)體作為溝道材料在TFT中的應(yīng)用越來越多的受到人們的關(guān)注，這是因?yàn)橄鄬τ诜蔷Ч?、多晶硅和有機(jī)半導(dǎo)體，透明氧化物具有很多優(yōu)勢，如高的光學(xué)透過率、低功耗，對襯底要求不高等等。越來越多的寬禁帶隙的透明氧化物半導(dǎo)體因?yàn)闈M足上述的要求而被廣泛的研究報道。同時，基于TFT結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜晶體管(FeTFT)由于其容易大面積集成、鐵電薄膜與溝道層間界面特性好、非

2、易失性等特點(diǎn)，引起了人們的極大研究興趣。本文通過溶膠凝膠法(Sol-gel)在不同襯底上制備了以SnO2薄膜作為有源層，(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)鐵電薄膜作為絕緣層的TFT，對比了整個器件退火前后性能的改變；并研究了通過改變SnO2薄膜的退火溫度對TFT性能的影響；最后研究了通過摻雜不同濃度Sb元素的SnO2薄膜作為有源層對TFT的影響。具體內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　(1)通過Sol-gel法在n-type Si(10

3、0)襯底上制備了以SnO2薄膜作為有源層，BNT鐵電薄膜作為絕緣層的TFT，并對TFT退火前與退火后的電學(xué)性能進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明器件退火后TFT性能得到明顯改善，漏電明顯減小。由于器件的后退火處理使薄膜界面內(nèi)的缺陷態(tài)得到了減少，通過退火改善了柵極與引出的導(dǎo)線的表面接觸。SnO2薄膜內(nèi)部的一些晶粒缺陷得到了改善，薄膜質(zhì)量得到提高，使有源層在器件中形成理想的導(dǎo)電溝道，提高了器件的開態(tài)電流。晶體管呈現(xiàn)出N溝道增強(qiáng)型性能，其開態(tài)電流Ion

4、=25μA，場效應(yīng)遷移率μsat=0.3cm2V-1s-1。
　　(2)研究了SnO2薄膜分別在450℃、550℃、650℃溫度下退火對TFT的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明適當(dāng)?shù)靥岣咄嘶饻囟?550℃)可以減少薄膜內(nèi)部中的結(jié)構(gòu)缺陷，但是隨著退火溫度的繼續(xù)增高晶粒會逐漸增大，使得載流子遷移時受到晶界的散射導(dǎo)致遷移率降低，空氣中的雜質(zhì)離子在高溫下容易進(jìn)入晶格，從而增加晶格的散射，導(dǎo)致遷移率降低，輸出電流減小。
　　(3)研究了Sb摻雜濃度