非晶铟镓锌氧薄膜晶体管低阻值电极的研究

摘要

随着人们对平板显示（FPD）的尺寸和分辨率的要求越来越高，在更大尺寸和更高分辨率的显示领域，显示驱动用的薄膜晶体管（TFT）的电极线电阻要最大程度的减小。另一方面，非晶铟镓锌氧（a-IGZO）薄膜晶体管凭借其良好的性能（如较高的场效应迁移率、大面积均匀性、可见光透明、可低温制备等）极具潜力成为下一代平板显示的有源矩阵驱动电子器件。a-IGZO薄膜晶体管驱动平板显示已经逐渐开始进入量产阶段，然而其制备工艺还有许多尚未解决或者需要完善的问题，如低阻值电极材料选择与相关制备工艺开发等。本论文以此为基础，通过大量细致的实验并结合相关理论分析，针对将磁控溅射制备的低阻值金属电极应用于a-IGZO薄膜晶体管时所存在的问题开展了比较深入的研究工作。
　　首先，采用磁控溅射方式制备金属薄膜进行a-IGZO薄膜晶体管源漏电极材料的比较选择和结构设计。为了选择出满足大尺寸和高分辨率显示用a-IGZO薄膜晶体管制造要求的低阻值电极，我们采用磁控溅射方式制备了金属铜、铜合金（铜锰、铜镁、铜铝、铜铬等）和金属银等几种材料薄膜，进行了细致的比对研究，重点考察了不同金属薄膜的面电阻以及其与a-IGZO有源层之间的接触电阻等。金属和有源层半导体接触可能形成肖特基势垒，从而影响接触特性，我们通过接触电阻的测量以及在硅基板上通过荫罩掩膜版工艺制备相应a-IGZO薄膜晶体管器件进行验证，最终筛选并设计出了银/钼结构的源漏电极。该电极具有电阻低，与a-IGZO接触特性好等优点，器件特性的测量结果验证了银电极用于a-IGZO薄膜晶体管的可行性。
　　在此基础上，我们进行了将低电阻率金属银应用于采用光刻/湿法刻蚀图形化的a-IGZO薄膜晶体管器件制备的研究。由于银薄膜存在严重的银离子扩散问题，我们通过在银膜上下各加一层金属钼来做扩散阻挡层，同时钼薄层也能增强银栅电极与玻璃基板之间的黏附性以及改善源漏电极与a-IGZO有源层的接触特性。这样设计开发出来的钼/银/钼结构新型电极，具有电阻低、与a-IGZO有源层接触特性好、防止银离子扩散、易于湿法刻蚀等诸多优点。最终成功制备了包含钼/银/钼结构电极的a-IGZO薄膜晶体管器件，其场效应迁移率（μFE）为2.42 cm2/V?s，阈值电压（Vth）为5.1 V，亚阈值摆幅（SS）为2.2 V/dec以及开关电流比（Ion/Ioff）达到106。上述特性可以满足平板显示应用的基本要求，证明了由磁控溅射制备的银电极可以在a-IGZO薄膜晶体管中得到应用。相关研究结果有望在高分辨大尺寸平板显示领域得到推广。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 薄膜晶体管

1.3 非晶氧化物薄膜晶体管

1.4 研究意义及研究内容

第二章 薄膜晶体管器件的制备与表征方法

2.1 薄膜制备

2.2 薄膜特性的表征

2.3 薄膜图形化方法

2.4 电学性能测量及参数表征

2.5 本章小结

第三章 a-IGZO薄膜晶体管低阻值电极材料选择与结构设计

3.1 引言

3.2 金属铜电极的研究

3.3 金属银电极的研究

3.4 本章小结

第四章 a-IGZO薄膜晶体管银电极工艺开发与器件制备

4.1 引言

4.2 基于光刻图形化的五道掩膜版a-IGZO薄膜晶体管制程

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文主要内容总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文