非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管制備工藝和理論建模的研究.pdf

1、近年來(lái),非晶銦鎵鋅氧(a-IGZO)薄膜晶體管(TFT)因與傳統(tǒng)的非晶硅TFT相比具有諸多優(yōu)勢(shì)(如較高電子遷移率、低溫制備能力、優(yōu)秀的大面積制備均一性、良好的可見光透明度等)而受到廣泛的關(guān)注,然而其在制備工藝和器件機(jī)理等方面仍有待更深入的研究。
　　在本次工作中,我們從實(shí)驗(yàn)以及理論兩方面入手,對(duì)a-IGZO TFT的制備工藝和器件理論模型進(jìn)行了比較深入的研究。我們采用交流磁控濺射等方法成功制備了a-IGZO薄膜以及相關(guān)TFT器件,

2、并且以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了工藝參數(shù)和器件特性之間關(guān)系的研究。首先,我們探究了濺射工藝條件對(duì)于a-IGZO薄膜以及TFT器件性能的影響,其中著重研究了RF濺射功率以及基板溫度的影響。我們發(fā)現(xiàn)隨著RF濺射功率的增大,a-IGZO薄膜的載流子濃度上升,同時(shí)由于能帶填充效應(yīng)的作用,光學(xué)帶隙受到明顯的影響。增加IGZO濺射功率同樣會(huì)影響TFT器件的性能,主要表現(xiàn)為場(chǎng)效應(yīng)遷移率的增加,經(jīng)過綜合分析我們推測(cè)其內(nèi)在機(jī)理是擴(kuò)展態(tài)能帶變化所致。另一方面,通過對(duì)最

3、佳退火后的在不同基板溫度下制備的a-IGZO TFT性能的研究和分析,我們發(fā)現(xiàn)基板溫度會(huì)顯著影響TFT器件的性能。從霍爾效應(yīng)測(cè)試結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)基板加熱條件下制備的a-IGZO薄膜載流子濃度升高而導(dǎo)致電阻率較低,從而使得相應(yīng)TFT器件的關(guān)態(tài)電流較大;同時(shí)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)遷移率與霍爾遷移率的變化規(guī)律不一致,我們推測(cè)前溝道界面的缺陷能級(jí)態(tài)是影響不同基板溫度下TFT器件場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及亞閾值擺幅性能變化的主要原因。此外,我們還對(duì)其它濺射工藝條件諸如混

4、合濺射氣體的成分、流量以及腔體壓強(qiáng)等的影響進(jìn)行研究,并且發(fā)現(xiàn)這些條件同樣會(huì)影響a-IGZO薄膜的沉積速率、電阻率以及光學(xué)性質(zhì)等。另一方面,為了提高TFT器件的環(huán)境穩(wěn)定性,我們希望將基于磁控濺射的SiOx鈍化層工藝整合到a-IGZO TFT中。我們一方面應(yīng)用了新型的包含高溫退火以及低溫退火的兩段退火工藝來(lái)提高空氣退火效率,另一方面采用包含富氧背溝道的雙層有源層結(jié)構(gòu)來(lái)彌補(bǔ)等離子損傷的影響,從而成功得到了操作特性和環(huán)境穩(wěn)定性均比較優(yōu)良的a-I