InGaZno-TFT和InTiZno-TFT的制备及其性能研究

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薄膜晶体管(Thin film transistors,TFT)是一种绝缘栅型场效应晶体管。近年来,对氧化物TFT的研究异军突起并取得了很大的进展,这主要是因为氧化物TFT具有较高的载流子迁移率、较好的均匀性和较高的稳定性等优点,对推动有源矩阵的液晶显示器(Liquid crystal display, LCD)和发光二极管(light-emitting diode,LED)等的发展具有重要作用,因此,开展对氧化物TFT的研究具有重要意义。   首先,本论文采用脉冲激光沉积设备制备了InGaZnO薄膜并研究了其性能随氧气压强、靶材元素的比例和氧气流量的变化。研究发现:在低氧气压强下制备的InGaZnO薄膜中,氧空位在InGaZnO薄膜中起散射作用,对薄膜的电学性能和光学性能影响较大;不同Zn浓度的薄膜均为非晶的,当元素比例为1:1:1时,薄膜具有最低的粗糙度和最小的颗粒尺寸。薄膜的载流子浓度和电阻率随Zn浓度的增大而减小,薄膜的载流子迁移率随Zn浓度的增大而增大;薄膜的表面形貌和电学性质随氧气流量变化明显。当氧气流量为29.8 SCCM时,薄膜具有最佳的表面形貌和电学性质。   其次,为了更好的研究TFT,我们研究了通过热氧氧化方法生长了SiO2绝缘层。研究结果表明,1000℃生长1h的SiO2具有非常光滑的表面,且表现出了较好的介电性能和较低的漏电流,其完全符合制作TFT器件绝缘层的条件。   然后,在研究InGaZnO薄膜的基础上,成功制备了以SiO2为绝缘层的InGaZnO-TFT。分别研究了退火、时间、氧气压强、Zn浓度和氧气流量对器件性能的影响。研究发现:退火提高了器件的各个电学性能参数;器件的开关比和场效应迁移率随时间先增大后减小,器件的阈值电压和亚阈值摆幅随着时间的延长一直在增大;不同Zn浓度下的InGaZnO-TFT电学性能相差较大,其中元素比例1∶1∶0.5和1∶1∶1的InGaZnO薄膜具有最佳的电学性能;氧气压强对InGaZnO-TFT的电学性能影响较大,器件的开关比和场效应迁移率均随氧气压强的增大先增大后减小,其中最佳的氧气压强为25 mTorr;器件的电学性能随氧气流量的增大先变好后变差,当氧气流量为9.8 sccm时,TFT具有最好的电学性能,其开关比为1010。此器件的开关比优于大多数国内外研究TFT器件的开关比。   最后,在InGaZnO-TFT研究的基础上,我们研究了以InTiZnO为有源层的TFT器件。分别研究了沟道层厚度、氧气压强和激光退火对器件的影响。研究发现:最佳的沟道层厚度为150 nm,最佳的制作压强为35 mTorr,激光退火可以现在提高器件的电学性能,100 mJ激光能量下,退火5次时,器件性能最佳。
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