磁控濺射CuO-TFT的制備工藝及性能研究.pdf

1、21世紀(jì)以來，氧化物薄膜晶體管的研究和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。其中n-TFT由于遷移率較高，在可見光區(qū)光透過率較高和可低溫制備等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于液晶顯示器件的制備，而 p型氧化物材料較少且光電性能較差，嚴(yán)重阻礙了互補(bǔ)型金屬氧化物的研究進(jìn)展，因此非常有必要對(duì) p型半導(dǎo)體氧化物進(jìn)行研究。為了制備出性能較好的p型薄膜晶體管，本文著重對(duì)CuO-TFT的磁控濺射制備工藝和器件的性能進(jìn)行研究，文章的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：
　　本文采用射頻

2、磁控濺射法，以金屬Cu為靶材，普通玻璃為襯底，在不同的氧分壓條件下鍍膜，經(jīng)過不同溫度的退火處理后分別進(jìn)行一系列的表征分析。XRD和XPS結(jié)果表明隨著氧分壓的增大，薄膜中的Cu逐漸被氧化，氧分壓為3％時(shí)薄膜為純相 Cu2O，3%以下的薄膜中含有 Cu，3%以上則被氧化為 CuO；隨著退火溫度的升高，薄膜中晶體的結(jié)晶質(zhì)量變好，晶粒尺寸增大；100 nm以下的CuxO薄膜在可見光波段的透過率均超過70%；不同工藝制備的薄膜的光學(xué)帶系寬度都在1

3、.9 V~2.6 V之間；室溫下制得薄膜的載流子遷移率隨氧分壓的增大而增大，退火后載流子遷移率最大提升到8.433 cm2/Vs，載流子濃度最低可以降低到2.873×1013 cm-3。
　　通過比較不同工藝條件下制備的薄膜的性能，確定兩種CuO薄膜的最佳制備工藝分別為：①本底真空度5×10-7 mbar，工作壓力3×10-3 mbar，射頻功率60 W，氧分壓3%，沉積時(shí)間1 min，600℃空氣中退火處理10 h。②本底真空度

4、5×10-7 mbar，工作壓力3×10-3 mbar，射頻功率60 W，氧分壓7%，沉積時(shí)間3 min，600℃空氣中退火處理10 h。用以上兩種工藝途徑制得的CuO作為有源層制備CuO-TFT器件，分析有源層制備工藝對(duì)TFT性能的影響。
　　進(jìn)一步地，為了分析不同工藝條件對(duì) TFT性能的影響，本文采用錯(cuò)排型底柵極（S-BG）結(jié)構(gòu)制備出“Si-SiO2-CuO-Al”薄膜晶體管器件，其中 CuO薄膜分別采用上述兩種工藝制得。兩個(gè)

5、CuO-TFT器件都是典型的p型溝道增強(qiáng)型TFT器件，都具有良好的柵壓調(diào)控性能，器件都有較為明顯的飽和性。其中用上文①條件制備的 CuO作為有源層的 TFT器件電學(xué)性能較好，其場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.32 cm2/Vs、開關(guān)電流比為3.0×102、閾值電壓為-9 V、亞閾值擺幅約為5.4 V/dec、界面態(tài)密度為1.4×1012 cm-2。總體來看，兩個(gè)TFT器件的電學(xué)性能并不理想，這可能是因?yàn)樵赥FT器件有源層和絕緣層界面處存在較高密度的空