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金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSTFT）最近在具有高频和大尺寸的超高清平板显示器中引起了很多关注。与传统的非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）相比,基于金属氧化物的TFT具有所需的场效应迁移率,可以满足有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示器对高驱动电流的基本要求。此外,它为多晶硅TFT的不均匀性提供了解决方案。到目前为止,对Zn O（ZO）,In Ga Zn O（IGZO）和In Zn O（IZO）进行了广泛的研究。对于TFT的沟道层材料,Zn O由于其含量丰富,组成简单和环境友好而成为研究最广泛的氧化物。然而,由于沟道层内部的缺陷,纯Zn O TFTs在实际应用中的不稳定性仍然是巨大的挑战。随着TFT的发展,IGZO,IZO和Zn In Sn O（ZISO）等多组分材料已被用于改善TFT的电气性能。然而,由于铟（In）的高成本和对环境的有害性限制了氧化锌基薄膜晶体管的发展和商用。因此,迫切需要寻找合适的掺杂元素以提高氧化物TFT的稳定性。针对Zn O TFTs稳定性这个问题,本实验选择Ga元素掺杂来改善,因此,我们做了以下的工作:首先,我们使用原子层沉积在150 ℃下制备了掺杂浓度为nGa:n Zn为1:50的GZO TFTs来优化晶体管的退火温度。我们设计了200 ℃、300 ℃、400 ℃和500℃的退火温度,退火时间均为30 min。结果发现器件在200 ℃的退火温度下作用30 min还是无法出现典型晶体管的关断特性。器件在300 ℃退火时出现了最佳的电学性能,其迁移率(mFE)为8.1 cm2/Vs,阈值电压(Vth)为6.3 V,亚阈值摆幅（SS）为0.51 V/dec,电流开关比为107。随着退火温度的增加,器件的性能开始下降,迁移率由300 ℃的8.1 cm2/Vs降至400 ℃的6.4 cm2/Vs再降至500 ℃的4.5 cm2/Vs,阈值电压和亚阈值摆幅也逐渐恶化。接着,为了探寻低温下长时间退火的GZO TFTs的性能,实现GZO在柔性透明衬底上的适用性,我们将nGa:n Zn为1:150的GZO TFTs在200 ℃分别退火30,40,60,80,100,120,140,180,200,220和240 min。从结果中可以看到在长时间低温退火一样也能获得与300 ℃的退火30 min器件相当的性能:器件在200 ℃退火220 min得到在这个温度下的最好器件性能:迁移率(mFE)为23.4 cm2/Vs,阈值电压(Vth)为3.2 V,亚阈值摆幅（SS）为0.29 V/dec,电流开关比为107。接着,为了确定最佳的掺杂浓度,我们使用原子层沉积方法制备了n Ga:n Zn=1:1、1:10、1:30、1:50、1:75和1:150的GZO TFTs。从拟合的半导体参数可以看到所有薄膜晶体管的SS均小于0.6 V/dec,显示了沟道层和介电层之间的出色界面状态。在系列掺杂浓度中,我们可以看到1:75 GZO TFTs显示出了最佳的电学性质:迁移率为16.2 cm2/Vs,阈值电压为6.0 V,亚阈值摆幅为0.22V/dec,电流开关比为107和最低的电荷陷阱密度(Nit)3.1×1012。为了研究Ga掺杂对于Zn O TFTs稳定性的影响,栅极偏压为VDS=+10 V被施加在各个浓度的GZO TFTs并分别测量出他们在原始状态,450 s、900 s、1800 s和3600 s转移曲线的变化。结果发现掺杂了Ga元素之后的TFTs的稳定性均好于纯Zn O TFTs,其中1:75 GZO TFTs的稳定性最好,其在VGS=+10 V的栅压下连续加压至3600 s的阈值电压偏移(ΔVth)仅为0.14 V,而Zn O TFTs在压力条件下的ΔVth有0.89V之多。接着,我们将具有最好的偏压稳定性（PBS）的1:75 GZO TFTs和Zn O TFTs放置在空气中同一位置,（温度稳定为25 ℃,湿度为20%RH）以研究Ga掺杂对于Zn O TFTs空气稳定性的影响。从两类TFTs原始的转移特性曲线和10周之后的转移特性曲线相比,Zn O TFTs向右偏移的程度更大。以上结果说明了Ga的掺杂不仅能提高Zn O TFTs的偏压稳定性,也能提高Zn O TFTs的空气稳定性。最后,我们测量了1:75 GZO和Zn O薄膜的紫外-可见光分光光谱,从结果可以看出1:75 GZO的透过率为85%,大于Zn O薄膜的75%。并且,从透射光谱拟合得出1:75 GZO的光学带隙为3.20 e V,Zn O薄膜的光学带隙为3.11 e V,这说明Ga的掺杂能够拓宽Zn O半导体材料的带隙和透光性。