铟锡锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究

摘要

薄膜晶体管作为像素开关被广泛应用于液晶显示器、有机发光二极管及电子纸等平板显示和柔性显示中。由于显示器在视角、响应速度、屏幕尺寸、对比度及功耗等方面的要求逐渐提高，对薄膜晶体管的要求也更高了。近7年来，ITZOTFT凭借迁移率高、亚阈值摆幅小等优点成为研究的热点，并被期待在显示领域成为核心元件，但目前国内对ITZO TFT的研究报道较少，制备工艺及工艺参数还在探索中。射频磁控溅射技术制备的薄膜均匀、重复性好，还没有发现用该技术系统研究ITZO TFT性能的相关报道。本文采用此技术在室温下硅衬底上制备以ITZO为有源层的TFT，研究了工艺参数及有源层厚度对器件电学性能和稳定性的影响，其中，ITZO靶的靶材比例为In2O3∶ SnO2∶ ZnO=88∶10∶2 wt％。
　　(1)研究了溅射功率对ITZO TFT电学性能的影响，功率变化范围为50-80W。实验结果表明:功率太低时，不利于ITZO TFT电流开关比的提高;而功率太高则会造成TFT的关电流太大，器件失效。当溅射功率为60 W时，ITZO TFT的关电流值最小为10-10A、电流开关比为105。
　　(2)在压强分别为0.4、0.6、0.8、1.0 Pa时制备了ITZO TFT，研究溅射气压对器件性能的影响。随着气压的增大，ITZO TFT的迁移率逐渐降低、负向阈值电压先减小后增大，这是由载流子浓度和界面缺陷密度两方面因素共同决定的。0.6 Pa是制备ITZO TFT较为理想的沉积气压。
　　(3)采用氧分压分别为12％、17％、19％制备了ITZO TFT。随着氧分压的增大，TFT的阈值电压由负值变为正值、迁移率先增大后减小。当氧分压为17％时，器件的综合电学特性最好:迁移率大小为6.28 cm2/Vs、电流开关比高于105、亚阈值摆幅仅为0.60 V/decade。
　　(4)研究了ITZO TFT的电学性能在不同厚度有源层影响下的变化规律。采用最优的工艺参数:溅射功率60 W、溅射气压0.6 Pa、氧分压17％，ITZO厚度分别为16、25、36、45、55 nm。随着厚度的增加，TFT的迁移率先上升后下降，而阈值电压呈现出相反的变化趋势;除有源层厚度为16 nm的TFT外，其它厚度对应TFT的电流开关比均高于105、亚阈值摆幅都在0.8 V/decade以下。
　　(5)对器件的稳定性做了初步研究，研究对象是不同有源层厚度的ITZOTFT，条件是在大气氛围中静置20天。通过测试电学特性发现:有源层为16nm的器件输出特性最差;36nm对应的器件阈值电压漂移达到12.51 V;而55 nm的ITZO TFT阈值电压漂移只有1.07 V，稳定性较好。
　　将ITZO TFT在60℃空气氛围中加热360 s后发现:有源层厚度为45、55 nm的ITZO TFT的迁移率提高了3倍多，几乎达到初始水平;阈值电压略有增大;亚阈值摆幅变化不大，均在0.8 V/decade以下。由此得出:增加有源层厚度可以削弱空气和水分对TFT造成的侵蚀、提高器件在空气中的稳定性;加热可以有效地抑制空气对器件造成的不良影响同时提升TFT在阈值电压方面的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 薄膜晶体管的应用与研究现状

1．2．1 薄膜晶体管的应用

1．2．2 薄膜晶体管的发展历史

1．2．3 薄膜晶体管的种类

1．2．4 ITZO TFT的研究进展

1．3 薄膜晶体管的结构及工作原理

1．3．1 薄膜晶体管的基本结构

1．3．2 薄膜晶体管的工作原理

1．3．3 薄膜晶体管的电学参数计算

1．4 论文的主要工作

第二章 ITZO TFT的制备表征方法

2．1 ITZO有源层的制备方法

2．1．1 射频磁控溅射设备与原理

2．2 表征方法

2．2．1 ITZO TFT电学性能测试

2．2．2 ITZO薄膜厚度测试

2．2．3 ITZO薄膜结构特性测试

2．2．4 ITZO薄膜光学特性测试

2．2．5 ITZO薄膜电学特性测试

2．3 本章总结

第三章 ITZO TFT的制备

3．1 衬底清洗

3．2 ITZO TFT的制程

3．3 ITZO TFT性能测试

3．4 本章总结

第四章 射频磁控溅射工艺参数对ITZO TFT性能的影响

4．1 溅射功率对ITZO TFT性能的影晌

4．2 不同气压对ITZO TFT性能的影响情况

4．3 氧分压对ITZO TFT性能的影响规律

4．4 本章总结

第五章 有源层厚度对ITZO TFT性能的影响及其稳定性研究

5．1 有源层厚度对ITZO TFT的影响

5．2 ITZO TFT在空气中的稳定性研究

5．3 本章总结

第六章 总结

6．1 主要结果

6．2 创新点

6．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文