非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管保護層材料與工藝的研究.pdf

1、近年來，非晶銦鎵鋅氧（a-IGZO）薄膜晶體管（TFT）因具備高遷移率、低溫制備、大面積制備均一性、可見光透過性好等特點而受到廣泛關注，然而其在制備工藝和器件機理等方面仍有待更深入的研究。特別地，保護層可以顯著地影響a-IGZO TFT的穩(wěn)定特性，但目前關于器件保護層的研究仍然零散而缺乏系統性，尤其缺少不同保護層材料之間的對比研究。而上述研究結果又是實際生產中保護層材料選擇的理論依據。在本次工作中，從實驗及理論兩方面入手，對不同保護層材

2、料和工藝對a-IGZO TFT操作特性和穩(wěn)定性的影響做了深入的比較研究，相關研究成果為a-IGZO TFT器件的實際應用提供了重要的參考作用。
　　在本論文的研究中，以最常見的保護層材料SiO2為參照。此外，還選取了其它5種絕緣材料（TiO2、Ta2O5、Al2O3、Y2O3和ZrO2）作為a-IGZO TFT的備選保護層材料，并通過磁控濺射的方式在玻璃上沉積了單膜。為了探究單膜本身的薄膜特性，進行了濺射速率測量、晶體結構測試、表

3、面形貌、光透過率等特性測試。實驗結果表明：Ta2O5和SiO2具有較快的成膜速率，而Al2O3的成膜速率最慢；6種濺射所成薄膜均為非晶結構且經過高溫處理后仍能保持非晶狀態(tài)；Al2O3和TiO2薄膜的表面粗超度較低；TiO2薄膜的在近紫外部分的光透過率較低，這非常有利于a-IGZO TFT的光穩(wěn)定性。從表面形貌和濺射速率兩方面實驗結果進行比對分析，發(fā)現濺射速率慢的材料通常其薄膜表面也會比較平滑，生成的薄膜也就可能會更致密，可能更適合作為a

4、-IGZO TFT的保護層。
　　在上述單膜研究結果的基礎上，將以相同濺射工藝制備的上述各種不同氧化物絕緣材料作為保護層結合到a-IGZO TFT中，之后進行了一系列的器件操作特性和穩(wěn)定性的測試和分析。發(fā)現保護層成膜速率慢、表面粗糙度低的a-IGZO TFT的特性比較好，其中比較突出的就是Al2O3和TiO2；其它保護層（SiO2、Ta2O5、Y2O3和ZrO2）器件則表現出相對較差的轉移特性。經過分析認為保護層材料對a-IGZO

5、 TFT操作特性的影響主要決定于保護層沉積時對a-IGZO背溝道的等離子傷害程度，而后者可以在一定程度上通過保護層成膜速率的快慢和表面粗糙度的大小予以體現。
　　最后，通過器件穩(wěn)定性測試和分析對Al2O3和TiO2兩種保護層材料進行了比對研究。結果表明，Al2O3保護層器件的電壓偏置穩(wěn)定性比較好，但在環(huán)境、光照條件下則不太穩(wěn)定；另一個方面，TiO2保護層器件除了PBS外在其它條件（光、環(huán)境等）下均有非常優(yōu)秀的穩(wěn)定性能。我們通過實驗