非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管保護(hù)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(diǎn)而受到廣泛關(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。特別地，保護(hù)層可以顯著地影響a-IGZO TFT的穩(wěn)定特性，但目前關(guān)于器件保護(hù)層的研究仍然零散而缺乏系統(tǒng)性，尤其缺少不同保護(hù)層材料之間的對(duì)比研究。而上述研究結(jié)果又是實(shí)際生產(chǎn)中保護(hù)層材料選擇的理論依據(jù)。在本次工作中，從實(shí)驗(yàn)及理論兩方面入手，對(duì)不同保護(hù)層材

2、料和工藝對(duì)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(guān)研究成果為a-IGZO TFT器件的實(shí)際應(yīng)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(hù)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(hù)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(jìn)行了濺射速率測(cè)量、晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試、表

3、面形貌、光透過率等特性測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)且經(jīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)濺射速率慢的材料通常其薄膜表面也會(huì)比較平滑，生成的薄膜也就可能會(huì)更致密，可能更適合作為a

4、-IGZO TFT的保護(hù)層。
　　在上述單膜研究結(jié)果的基礎(chǔ)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(hù)層結(jié)合到a-IGZO TFT中，之后進(jìn)行了一系列的器件操作特性和穩(wěn)定性的測(cè)試和分析。發(fā)現(xiàn)保護(hù)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(hù)層（SiO2、Ta2O5、Y2O3和ZrO2）器件則表現(xiàn)出相對(duì)較差的轉(zhuǎn)移特性。經(jīng)過分析認(rèn)為保護(hù)層材料對(duì)a-IGZO

5、 TFT操作特性的影響主要決定于保護(hù)層沉積時(shí)對(duì)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(hù)層成膜速率的快慢和表面粗糙度的大小予以體現(xiàn)。
　　最后，通過器件穩(wěn)定性測(cè)試和分析對(duì)Al2O3和TiO2兩種保護(hù)層材料進(jìn)行了比對(duì)研究。結(jié)果表明，Al2O3保護(hù)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(gè)方面，TiO2保護(hù)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(shí)驗(yàn)