高迁移率非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究

摘要

薄膜晶体管(ThinFilmTransistor,TFT)是由电极层、半导体层和绝缘层组成的场效应器件。它是组成液晶显示器（LiquidCrystalDisplay,LCD）和有源矩阵有机发光二极管(ActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode，AMOLED)驱动电路的核心部件。目前应用于显示器的开关元件仍为非晶硅TFT、多晶硅TFT等。但是，非晶硅TFT的场效应迁移率低，难以提供足够大的电流驱动OLED发光;多晶硅TFT的制造工艺复杂，成本高，均一性差，难以大面积生产。这些问题严重制约着新一代显示技术AMOLED的发展。近年来，氧化物TFT的研究取得了很大的进展，尤其是透明非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT)，它在载流子迁移率、稳定性、均匀性等方面都具有独特的优势，将有望成为下一代显示技术的核心驱动原件。本论文重点研究IGZO-TFT的制备条件以及后处理条件对器件性能的影响。
　　 (1)制备了有源层厚度分别为16、33、44nm的IGZO-TFT，研究了有源层厚度对器件电学性能的影响，发现IGZO厚度由16nm增加到44nrn时，IGZO-TFT的阈值电压向负方向移动，TFT由增强型逐渐变为耗尽型，这是由于有源层厚度增加，引起电阻减小，导致更多的自由电荷从源极流向漏极;器件的亚阈值摆幅逐渐增大，这是由于陷阱密度增加所引起的;制备的器件电流开关比均高于107;场效应迁移率均高于11cm2V-1s-1。
　　 (2)在相同的条件下制各了一组器件，在不同的温度下进行快速退火处理，发现退火温度对IGZO-TFT性能的影响很大。在合适的退火温度下，器件的场效应迁移率和电流开关比均有较大幅度的提高，阈值电压也相应的减小。退火温度为300℃时，器件的综合性能最佳。
　　 (3)在氧分压分别为4.76％、9.52％和20％条件下制备了非晶IGZO-TFT，讨论了氧分压对TFT电学性能的影响，结果发现随着氧气含量的增加器件的场效应迁移率、电流开关比均降低;阈值电压与亚阈值摆幅均增大。这是因为随着氧气含量的增加，氧空位逐渐被填充，导致载流子浓度降低，有源层逐渐由相对低阻转向高阻状态。
　　 (4)制备了以IGZO为源漏电极的TFT，并研究了不同厚度的有源层对器件性能的影响，发现TFT电学性能的变化规律几乎不受电极材料的影响，另外IGZO电极与ITO电极相比并没有比较突出的优势。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 薄膜晶体管的研究现状

1．2．1 薄膜晶体管发展

1．2．2 薄膜晶体管在TFT-LCD中应用

1．2．3 薄膜晶体管在AMOLED中的应用

1．3 薄膜晶体管的种类

1．3．1 非晶硅TFT

I．3．2 多晶硅TFT

1．3．3 有机TFT

1．3．4 透明氧化物TFT

1．4 薄膜晶体管的结构与工作原理

1．4．1 薄膜晶体管的结构

1．4．2 TFT与MOSFET比较

1．4．3 TFT的工作原理

1．4．4 TFT主要性能参数

1．5 本论文的主要工作

第二章 薄膜的制备及表征方法

2．1 磁控溅射技术

2．1．1 磁控溅射的原理及特点

2．1．2 溅射仪器介绍

2．2 表征方法及原理

2．2．1 薄膜厚度

2．2．2 薄膜透射率

2．2．3 薄膜电学性能

2．2．4 薄膜结构特性

第三章 IGZO-TFT的制备与性能研究

3．1 IGZO-TFT的制备

3．2 有源层厚度对IGZO-TFT性能的影响

3．3 退火温度对IGZO-TFT性能的影响

3．4 氧气含量对IGZO-TFT性能的影响

3．5 本章小结

第四章 基于IGZO为源漏电极的IGZO-TFT

4．1 器件的制备

4．2 IGZO-TFT器件的性能

4．3 本章小结

第五章 结论

5．1 主要结果

5．2 主要创新点

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文