基于溶液法的金属氧化物薄膜晶体管工艺及性能研究

摘要

金属氧化物薄膜晶体管(Metal Oxide Thin film Transistors，MOTFTs)因在其在未来大尺寸、高帧率和高分辨率的平板显示器中巨大的潜在应用价值而受到研究者们的广泛关注。金属氧化物半导体薄膜晶体管技术存在诸多优点,包括高载流子迁移率、高光学透过率和低工艺温度等。本文以基于溶液法制备以高介电常数的纳米复合结构为绝缘层，氧化铟（In2O3）为有源层的金属氧化物薄膜晶体管为研究课题，以制备出高迁移率与低驱动电压的高性能薄膜晶体管为目标，研究了溶液法制备的氧化铝与聚(4-乙烯基苯酚)（Poly(4-vinyphenol)，PVP）纳米复合结构绝缘层以及修饰层对器件性能的改变，以及基于溶液法和燃烧合成法制备氧化铟半导体层的器件的性能。具体研究内容包括：
　　1.基于Al2O3与PVP纳米复合结构绝缘层及所制备的TFT器件性能研究。采用Al2O3与PVP纳米复合结构绝缘体作为绝缘层，研究了不同PVP浓度对绝缘层的界面形貌以及电学性能的影响，并通过制备的并五苯TFT器件研究了纳米复合结构绝缘层对薄膜晶体管器件性能的影响。当PVP浓度为10％有最高的器件性能，其载流子迁移率为0.27cm2/(V·s)，电流开关比为3.1×104。随后使用聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）作为纳米复合结构绝缘层的修饰层，研究了修饰层对绝缘层性能的影响，所制得的器件载流子迁移率最高达到0.49cm2/(V·s)，电流开关比为7.8×104。
　　2.基于溶液法制备金属氧化物有源层的TFT性能研究。分别研究了不同的热处理温度以及使用燃烧合成法工艺对氧化铟薄膜和器件性能的影响。使用溶液法时，当热处理温度为350℃时，制备的氧化铟薄膜晶体管器件性能为器件的迁移率为0.57cm2/(V·s)，同时器件的电流开关比达到了3.5×104。通过使用燃烧合成法工艺，在金属氧化物前驱体溶液中添加燃料，利用燃料在热处理过程中的放热反应，可以大幅降低有源层热处理温度。利用该方法，制备出的器件迁移率为0.23cm2/(V·s)，电流开关比为6.6×103。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 薄膜晶体管发展历程

1.3 薄膜晶体管种类

1.4氧化物薄膜晶体管研究现状

1.5本论文主要研究内容

第二章 薄膜晶体管基础理论

2.1 薄膜晶体管结构与工作原理

2.2 薄膜晶体管材料

2.3 薄膜的表征方法

2.4 本章小结

第三章 溶液法制备绝缘层的研究

3.1 实验设计

3.2 绝缘层薄膜的制备

3.3 绝缘层表面形貌及晶体结构研究

3.4 绝缘层电学性能研究

3.5 TFT器件性能测试

3.6 修饰层对绝缘层性能影响的研究

3.7 本章小结

第四章 溶液法制备金属氧化物薄膜晶体管的研究

4.1 实验设计

4.2 TFT器件制备

4.3 退火温度对氧化铟薄膜的影响

4.4 退火温度对器件性能的影响

4.5 基于燃烧合成法低温制备有源层的研究

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果