基于金屬氧化物的薄膜器件.pdf

1、近十幾年來，薄膜晶體管（Thin Film Transistor, TFT）已經(jīng)成為當前的研究熱點，并且得到了廣泛的應用，它將有望成為下一代顯示器的驅(qū)動元件。隨著新型半導體材料的出現(xiàn)及相關研究工作的深入，進一步提升了基于新材料的薄膜晶體管的研究價值。
　　本論文主要研究兩種基于新型半導體材料的薄膜晶體管:基于具有極大研究價值的n型半導體材料——非晶氧化銦鎵鋅(amorphous indium galliumzinc oxide，a

2、-IGZO)TFT和基于具有巨大潛力的p型半導體材料——氧化亞錫(SnO)TFT。
　　(1)具有優(yōu)良性能的a-IGZO TFT的制備及工藝摸索
　　基于大量關于a-IGZO TFT的文獻調(diào)研，綜合比較不同課題組所選用的器件結構、具體材料及器件性能，并結合本實驗室自身的設備條件及特色，最終選擇了底柵結構的制備工藝:首先選用摻雜高濃度的p型硅片(Si)作為器件的襯底，同時也作為器件的柵電極;然后通過熱氧化的方法在硅片上生長一層

3、結構致密的二氧化硅(SiO2)作為器件的絕緣層;然后利用磁控濺射工藝在SiO2上沉積一層a-IGZO作為有源層;最后使用電子束蒸發(fā)儀在a-IGZO上生長金屬鈦(Ti)作為源電極和漏電極。由于Si襯底摻雜均勻且SiO2表面極其平整，所以制備所得的器件具有很好的穩(wěn)定性和重復性。基于以上結構，本文分別研究了有源層(a-IGZO)厚度、后期熱退火處理和后期封裝處理對于a-IGZOTFT性能的影響。
　　后期熱退火處理是使樣品處于高溫的環(huán)境

4、中進行烘烤，a-IGZO中的晶格振動在周圍的環(huán)境中吸收熱量而得到增強，而晶格振動會一定程度地增加原子排列的有序性，減少缺陷數(shù)目，使有效載流子數(shù)目增加，從而改善了器件性能。后期封裝處理技術對于器件性能的影響主要表現(xiàn)在兩個方面:一方面通過將器件與外界影響因素隔離來提高器件的穩(wěn)定性;另一方面是通過改善封裝材料與有源層的接觸界面的狀況來提高器件性能。本文還研究了有源層厚度對于器件性能的影響，隨著有源層厚度的降低（＜5nm），器件性能急劇惡化，不

5、再受到柵極電壓的調(diào)控作用，但是通過綜合利用后期熱退火和后期封裝技術，實現(xiàn)了超薄a-IGZOTFT性能的極大改善。除此之外，本文還介紹了基于a-IGZO的電雙層(Electric double layers，EDL) TFT的制備工藝，研究了電解質(zhì)濃度對EDL TFT電學性能的影響。最終可以使得器件在極低的電壓(1V)條件下開啟。
　　(2)制備氧化亞錫晶體管與工藝摸索
　　基于最新的文獻調(diào)研，并考慮實驗室的設備條件，選用了底

6、柵結構制備SnOTFT，基本步驟如下:選用康寧7059玻璃作為襯底，在清洗干凈的襯底上采用電子束蒸發(fā)的工藝生長雙層金屬鈀/鈦(Pd/Ti)作為柵電極，然后利用磁控濺射的工藝生長一層Ta2O5作為絕緣層，有源層SnO的生長同樣是利用磁控濺射的工藝，最后采用電子束蒸發(fā)在有源層上生長Pd金屬作為源、漏電極。在以上結構的基礎上，本文分別研究了柵極結構、Ta2O5性能及源、漏電極材料選擇對于器件性能的影響。選用雙層金屬作為器件的柵極可以很好地解決