ZnO薄膜晶体管有源层的磁控溅射制备研究

摘要

ZnO是一种Ⅱ－Ⅵ族的具有六方晶系纤锌矿结构的化合物半导体，它的带隙宽度可高达3.37eV。ZnO 材料无毒，原材料价格便宜，化学稳定性好，特别是高C 轴取向的ZnO 薄膜是非常优异的光电材料，并且具有光学透过率高、生长温度低、抗辐射能力强、电子饱和漂移速度高等优点。目前，国内外许多学者己经在开展以ZnO为有源沟道层的场效应晶体管的研究工作。值得注意的是，这种场效应晶体管制备温度较低，可以使用玻璃或塑料作为衬底，而且可以制作成全透明的薄膜晶体管，如果将其应用于有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中，将降低TFT-LCD 的工艺复杂性，降低成本，增强器件的可靠性。 ZnO 薄膜的制备方法有很多，几乎所有的制膜方法都可以用来制备ZnO薄膜。像磁控溅射法、离子体分子束外延(MBE)法、sol-gel 法、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)法、等离子体反应淀积法等等。磁控溅射法方法简单，制备的膜层致密，薄膜淀积温度低，并且有较大的溅射速率，因而受到了广泛的使用。 本实验采用RF 磁控溅射法在玻璃衬底上低温生长ZnO 薄膜。生长出的薄膜对可见光具有高于90％的透射率，该薄膜具有良好的C 轴取向。利用X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的测试结果，分析了溅射工艺条件如衬底温度、氩氧比和溅射气压等对薄膜性能的影响,得到最佳的生长工艺条件为：衬底温度400℃，溅射气压1Pa，氩氧比为25sccm:15sccm。在此条件下生长的ZnO 薄膜具有良好的C 轴择优取向，并且薄膜的结晶性能良好。晶粒的尺寸可以高达50 纳米。适合用于制备平板显示器的透明薄膜晶体管(TTFT)。