利用磁控溅射制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管的研究

摘要

本论文主要研究以通过磁控溅射制备成薄膜的铟镓锌氧化物(IGZO)为有源层，以二氧化硅为绝缘层的薄膜晶体管(TFT)。研究了薄膜厚度和热处理对薄膜光学性能的影响，以及磁控溅射氧分压、热处理对薄膜晶体管电学性能的影响。
　　(1)利用磁控溅射制备了IGZO薄膜，研究在不同薄膜厚度、不同热处理条件下薄膜在可见光范围的光学透过率的差异。结果表明，可见光透过率随薄膜厚度增加有所减小，同时退火和衬底加热均能有效提高薄膜透过率。
　　(2)使用原子力显微镜(AFM)研究了不同氧分压对磁控溅射IGZO薄膜表面形貌的影响，发现当氧分压为3.3％时，室温条件下制备得到的IGZO薄膜的表面形貌最为平整。然后利用上述不同氧分压下制备的IGZO薄膜制备了以其为有源层的：IGZO-TFT器件，并测试器件性能，发现氧分压3.3％时：IGZO-TFT器件性能最优，载流子迁移率0.43 cm2/Vs，阈值电压为12-64V，电流开关比1.85×102。
　　(3)研究了衬底加热和退火这两种热处理方式对薄膜表面形貌的影响。AFM测试发现200℃衬底加热的IGZO薄膜的表面形貌优于经过200℃退火的：IGZO薄膜，而且两者都明显优于未经热处理的IGZO薄膜。经200℃退火的IGZO薄膜为有源层制备的IGZO-TFT器件性能比不退火时得到提升，载流子迁移率为0.74cm2/Vs，阈值电压为-13.45v，电流开关比为1.78×102。而经200℃衬底加热的IGZO薄膜器件性能提升更多，迁移率0.94 cm2/Vs，阈值电压为-13.43V，电流开关比最大，约为2.19×102。