全透明InGaZnO薄膜晶体管

摘要

近年来,由于透明薄膜晶体管具有高迁移率(大于10 cm2/Vs)、低温工艺、能大面积生产、低成本等优点,已经引起了广泛的研究兴趣。而在这众多的透明氧化物半导体中,InGaZnO4因为作为沟道层而具有非常平整的结构、光滑的表面、即使在室温下沉积的非晶薄膜也具有较高的迁移率(大于10 cm2/Vs)而受到广泛的关注。
　　 本文中,我们在玻璃衬底上室温条件下制备了透明InGaZnO4沟道薄膜晶体管。首先,在玻璃衬底上采用射频磁控溅射法沉积150nm的氧化铟锡(ITO)作为栅级。然后,利用等离子增强化学气相沉积法(以硅烷和氧气为原料气体)沉积4μm的二氧化硅作为栅介质。其次,用射频磁控溅射法沉积50nm的InGaZnO4薄膜作为沟道。最后,采用直流溅射法沉积200nm的ITO作为源漏电极。所有的镀膜工艺均是在室温下。沟道和源漏电极的图案成型是通过镍掩膜板。晶体管的长度和宽度分别是80μm和1000μm。器件的电学特性通过Keithley4200半导体参数分析仪在室温黑暗环境下测试。InGaZnO4栅介质的电容-频率特性通过Agilent4294A阻抗分析仪基于ITO/SiO2/A1三明治测试结构。薄膜晶体管的透光率用754PC紫外可见光光度计在可见光波长范围200到1000nm内完成测试。测试结果表明:栅介质的单位面积电容为1.6μF/cm2,场效应迁移率、亚阈值摆幅、开关比分别为40.6cm2V-1s-1、103mV/decade、2.1x106,同时,器件的工作电压仅为1.5V。器件在可见光波长范围(400-700 nm)内的透光率约为80％,表明我们制备的InGaZnO4沟道薄膜晶体管是全透明的晶体管。
　　 上述结果表明,我们采用室温工艺研制的全透明InGaZnO4薄膜晶体管在下一代高性能低功耗、透明电子学领域具有潜在应用价值。