非晶铟镓锌氧薄膜晶体管光照稳定性的研究

摘要

非晶铟镓锌氧（a-IGZO）薄膜晶体管（TFT）凭借其良好的电学性能（如高迁移率、大面积均匀性、可见光透明等）极具潜力成为下一代有源液晶显示（AMLCD）和有源电致发光显示（AMOLED）的驱动电子器件，然而它的稳定性问题却在很大程度上制约其发展。本文针对a-IGZO TFT光照稳定性开展研究，试图了解其内在的物理机制，从而改善它的稳定性，以期为实际的生产应用提供一定的借鉴作用。
　　首先，通过实验探索并建立了用于本研究的a-IGZO TFT的制备工艺后，我们针对a-IGZO TFT的电压偏置稳定特性开展了简单研究，证明了器件保护层的厚度可以显著影响器件的电压偏置不稳定性。
　　其次，我们重点研究了a-IGZO TFT保护层厚度对器件光照稳定性的影响。实验结果表明，a-IGZO TFT的光照稳定性不仅与光照波长有关，也与器件保护层的厚度关系紧密，即光照波长越短，器件越不稳定；保护层厚度越厚，器件光照稳定性越好。我们推断这与电子空穴对和氧空位的产生两种物理机制有关，并且通过a-IGZO TFT的光照恢复实验确定了这两种机制的存在。根据实验数据以及上述两种影响机制，我们提出了一种有效的物理模型定性解释了a-IGZO TFT的稳定性与光照波长以及保护层厚度之间的关系。此外，我们提出了“阈值波长”和“阈值厚度”的概念用于定量描述a-IGZO TFT的光照稳定性。当光照波长小于阈值波长时，a-IGZO TFT的有源层中才能有效地生成电子空穴对；当器件保护层厚度大于阈值厚度时，a-IGZO TFT有源层里将很难产生氧空位。因此a-IGZO TFT器件在未加保护层、短波长光照下最不稳定。之后，我们研究了不同保护层厚度的a-IGZO TFT负向栅极偏置电压下的光照稳定性，发现偏置电压会加剧器件的不稳定性，这可能是由于更多的空穴在负向栅极电压的作用下被栅绝缘层与有源层的界面或栅绝缘层里的缺陷所俘获导致的。
　　最后，鉴于a-IGZO TFT的光照稳定性与IGZO内的氧空位有很大关系，我们尝试研究a-IGZO TFT有源层氧流量对器件光照稳定性的影响。我们先进行了不同氧流量下制备的IGZO薄膜的AFM和XPS实验，结果证明成膜氧流量的增加会降低薄膜表面平整度，减少薄膜内的氧空位。随后制备了四种不同有源层氧流量的a-IGZO TFT，比较它们的电学特性和光照稳定性，发现氧流量的增加不仅会使器件特性变差，更会加剧器件光照下的不稳定性，这是因为氧流量的增加会使IGZO薄膜表面变粗糙，从而使绝缘层与有源层的界面特性变差，增加了界面的缺陷态；另一方面，氧流量的增加虽然减少了IGZO内部的氧空位，但 IGZO薄膜中氧的含量却增多了，反而更有利于光照下氧空位的产生，造成a-IGZO TFT更不稳定。因此，在实际量产过程中，应该尽量降低IGZO成膜过程中的氧含量。

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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 器件的制备

2.2薄膜特性的表征

2.3器件性能的表征

2.4本章小结

第三章a-IGZO TFT工艺条件及器件稳定性的初步研究

3.1引言

3.2a-IGZO TFT工艺条件的确立

3.3a-IGZO TFT偏压稳定性

3.4本章小结

第四章a-IGZO TFT保护层厚度对器件光照稳定性的影响

4.1引言

4.2不同保护层厚度的a-IGZO TFT光照稳定性实验

4.3a-IGZO TFT光照恢复实验

4.4a-IGZO TFT光照稳定性的分析与讨论

4.5 a-IGZO TFT偏置电压下光照稳定性的研究

4.6本章小结

第五章a-IGZO TFT有源层氧流量对器件光照稳定性的影响

5.1引言

5.2 实验方法

5.3 实验结果与讨论

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文主要内容总结

6.2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

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