磁控濺射沉積氧化銦薄膜及其TFT器件應(yīng)用研究.pdf

1、薄膜晶體管在有源矩陣尋址液晶顯示器(AMLCD)中處于關(guān)鍵地位,它的研發(fā)歷來是該領(lǐng)域研究中的重點(diǎn)。非晶硅薄膜晶體管(α-Si TFT)易于在低溫下大面積制備,技術(shù)成熟,是目前使用最廣的技術(shù)。但由于α-Si材料的禁帶寬度只有1.7eV,在可見光波段透過率較低,所以α-SiTFT的開口率未能達(dá)到100％,這阻礙了顯示器件性能的進(jìn)一步提高。
　　 氧化銦(In2O3)是一種寬禁帶的N型半導(dǎo)體材料,其室溫下直接禁帶寬度約為3.65eV,

2、在可見光范圍的透明度超過90％,并且單晶氧化銦有著很高的遷移率(160 cm2/V·s),這使得氧化銦成為制備透明電子器件的重要候選材料之一。用氧化銦做有源層制備高性能的透明薄膜晶體管(In2O3-TFT),并用它來做像素開關(guān)元件應(yīng)用于有源矩陣,這可能使有源矩陣顯示器性能得到較大提高。
　　 本文通過磁控濺射方法制備In2O3薄膜材料,一方面對其微結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行研究,另一方面,研究基于In2O3有源層的TFT器件,進(jìn)而獲得性能優(yōu)異

3、的器件。
　　 首先,我們對一系列不同條件下生長的In2O3薄膜進(jìn)行多項(xiàng)物理特性表征與分析。XPS顯示我們制備了高純的In2O3薄膜。通過原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜形貌,發(fā)現(xiàn)較低溫度下生長的In2O3薄膜表面較高溫樣品表面平滑,而高溫退火后的樣品表面也較低溫更為粗糙。XRD分析顯示,不管是提高生長溫度還是退火溫度,都可以改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。但相比較而言,退火的效果要更為合適。對樣品進(jìn)行透射譜分析顯示,In2O3薄膜的可見光范

4、圍透過率超過90％,并通過理論擬合得到了帶隙寬度(3.68eV)?；魻栃?yīng)的測試結(jié)果表明純Ar氣氛下的In2O3薄膜較O2氣濺射的薄膜遷移率要更高。同時(shí),隨著生長溫度的提高,薄膜的電子濃度也提高到了1020cm-3的數(shù)量級,相應(yīng)的遷移率也降低了,這對器件制作也是極為不利的。而空氣退火雖然會降低電子濃度,但也會導(dǎo)致遷移率的下降。只有真空退火可以提高薄膜的遷移率,并且進(jìn)一步分析后,In2O3薄膜的導(dǎo)電機(jī)制更加符合晶界散射模型。
　　

5、 其次,利用光刻工藝成功制備出氧化銦薄膜晶體管,器件采用底柵式結(jié)構(gòu),以ITO玻璃為襯底,腐蝕出TFT柵電極,采用PECVD方法沉積氮化硅絕緣層,進(jìn)而室溫下用磁控濺射沉積氧化銦有源層,最后用熱蒸發(fā)方法蒸鍍鋁膜作為源漏電極。通過電學(xué)特性測試,得到器件的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。結(jié)果顯示,我們雖然制備除了有效遷移率較高的TFT,但開關(guān)比較低且均為耗盡型結(jié)構(gòu)。而長期暴露于大氣之中,TFT的性能也會受到影響:開關(guān)比得到提高,但是遷移率卻下降,這