IGZO-TFT制备技术及其在AMOLED器件中的应用研究

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氧化物TFT由于具有迁移率高、均匀性较好、像素电路简单、阈值电压漂移小、光稳定性较好等优势,是驱动OLED最有力的竞争者之一。而非晶In-Ga-Zn-O(IGZO)凭借其简单的制备工艺,以及优异的光电性能而成为TFT制备的理想材料。  本文以研制面向AMOLED应用的氧化物TFT技术作为目标。在搭建研究平台的工作基础上,采用脉冲直流方式溅镀制作IGZO有源层及绝缘层,针对薄膜制备工艺、退火处理、保护层制作、器件结构优化等方面开展工作。  本论文主要开展的研究工作概述如下:  1.研究了缺氧(Ar)、富氧(O2)、氧替代(N2)三种条件下制作IGZO的TFT特性。通过AES、XRD、AFM等分析手段,考察了不同气体制备的IGZO膜以及相应的靶材的成分及结构情况,发现Ar-IGZO膜的方阻较低与In含量高有关,O2-IGZO膜的方阻较大与Ga含量高有关,而N2-IGZO膜的稳定性较好则与含N原子有关,说明不同的溅射气体对IGZO膜的成分比例和电学结构具有重要的影响。实验结果表明,Ar-IGZO TFT在退火后具有良好的特性,S值为1V/dec,迁移率可达8.3 cm2/Vs,开关比≥105。  2.采用脉冲直流溅射的方式沉积Ar-IGZO膜层作为TFT的有源层,并在背沟道上采用不同方法制作保护层,探讨不同保护层对器件电学特性的影响。经考察发现:采用光刻胶作为保护层,可避免真空环境和Plasma轰击的影响,该保护层制作后短期内可保护、甚至可改善器件的电学特性。结果表明:使用SU-8光刻胶作为保护层的器件,其电学特性衰退较小,在空气中放置一段时间后表现最稳定。  3.采用脉冲直流溅射的方式制作自对准顶栅结构a-IGZO TFT。器件中,有源层采用Ar-IGZO和O2-IGZO的复合结构,绝缘层采用SiO2和SiNx的复合结构,并通过考察不同的退火处理操作条件,对膜层及器件电学特性的影响。实验结果表明,在有源层图形化后和绝缘层沉积后分别进行退火,可有效地改善TFT器件的性能,得到较好的电学特性:Ion/Ioff>108,S为0.4 V/dec,Vth为-2.5 V,μ为7.6 cm2/Vs。  4.探索性将底栅结构Oxide TFT应用在AMOLED面板当中。采用底栅结构的TFT技术路线,开发了分辨率为128×128×3的Oxide TFT阵列,并结合有机/金属蒸镀及封装技术,初步实现AMOLED驱动控制效果。
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