a-IGZO TFT制备工艺和性能的研究

摘要

薄膜晶体管(TFT)作为平板显示的核心组成部分，任何有源矩阵的平板显示都依赖于TFT的控制和驱动。目前应用于显示器的开关元件仍为非晶硅TFT、多晶硅TFT等，但随着大尺寸液晶显示器和有源有机发光二极管的发展，这些TFT已经很难满足要求。近年来，非晶氧化物半导体TFT受到了广泛的关注，尤其是透明非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZOTFT)，具有载流子迁移率高、稳定性及均匀性好等方面的优势，具有非常广泛的应用前景。本论文主要研究了a-IGZOTFT中有源层的制备条件（如氧分压、工作压强、功率以及靶距）等对器件性能的影响。
　　(1)采用磁控溅射方法，并结合掩膜技术，在不同氧分压下制备了a-IGZOTFT，研究了氧分压对a-IGZOTFT性能的影响。结果发现随着氧分压的增大，TFT性能变化较大，这主要是由于a-IGZO有源层中载流子浓度变化引起的。当氧分压为7.47％时，器件性能表现最佳，其场效应迁移率为4.44cm2·V-1·s-1，亚阈值摆幅为2.1V/decade，电流开关比大于105。
　　(2)研究了a-IGZO有源层溅射压强对a-IGZOTFT性能的影响，实验结果表明随着压强的增大，a-IGZOTFT性能总体呈现先变好后变差的规律，经过研究发现由于氩离子与靶材粒子发生碰撞造成了这种结果。
　　(3)制备a-IGZOTFT器件的过程中，将a-IGZO有源层的溅射功率设定为50W、60W、70W和80W，制备一组a-IGZOTFT器件，研究了溅射功率对a-IGZOTFT性能的影响，试验结果发现随着溅射功率的增大，器件的性能有一个先变好后变差的总体趋势，这是由于当溅射功率增大时，IGZO薄膜沉积的速率加快，会导致氧空位增多，同时IGZO薄膜中的共价键结合得到改善，优化了其内部扩展态的分布。随着溅射功率的进一步增大，溅射速率也会进一步加快，粒子到达基底表面之后来不及迁移到表面更稳定的格点，会形成很多团簇状的结构，从而导致a-IGZOTFT性能变差。当溅射功率为70W时，器件性能最好。
　　(4)制备a-IGZOTFT器件过程中，a-IGZO有源层的制备设定不同靶距，研究了靶距对a-IGZOTFT性能的影响，实验结果表明随着靶距的增大，器件的性能有一个先变好后变差的总体趋势。当靶距较小时，二次电子的辐射比较严重，影响了a-IGZO薄膜的成膜质量。而靶距过大时，靶材粒子同其它粒子碰撞的次数增多，到达基底时的能量太小，使得成膜质量较差，从而造成a-IGZOTFT性能变差。当靶距为4.5cm时，a-IGZOTFT场效应迁移率为0.56cm2·V-1·s-1，电流开关比为7.92×106，器件性能最好。