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

由于铟镓锌氧化物(IGZO) 薄膜具有高迁移率和高透过率的特点, 它作为有源层被广泛的应用于薄膜晶体管(TFT). 本文利用磁控溅射方法制备了TFT的有源层IGZO和源漏电极, 用简单低成本的掩膜法控制沟道的尺寸, 制备了具有高迁移率、底栅结构的n型非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管 (IGZO-TFT). 利用X 射线衍射仪(XRD) 和紫外可见光分光光度计分别测试了IGZO薄膜的衍射图谱和透过率图谱, 研究了IGZO薄膜的结构和光学特性. 通过测试IGZO-TFT的输出特性和转移特性曲线, 讨论了IGZO有源层厚度对IGZO-TFT特性的影响. 制备的IGZO-TFT器件的场效应迁移率高达15.6 cm²·V^-1·s^-1, 开关比高于10⁷. 关键词： 非晶铟镓锌氧化物 薄膜晶体管 有源层     

基于蛋清栅介质的超低压双电层薄膜晶体管

新一代环保、生物兼容性电子功能器件受到了广泛关注.本文采用具有高质子导电特性的天然鸡蛋清作为耦合电解质膜制备双电层薄膜晶体管,该薄膜晶体管以氧化铟锡导电玻璃为衬底和底电极,以旋涂法制备的鸡蛋清为栅介质,以磁控溅射沉积的氧化铟锌为沟道和源漏电极.实验结果表明,这种基于鸡蛋清的栅介质具有良好的绝缘性,并能在其与沟道界面处形成巨大的双电层电容,从而使得该类晶体管具有超低工作电压（1.5 V）、低亚阈值（164 mV/dec）、大电流开关比（2.4×10⁶）和较高的饱和区场效应迁移率（38.01 cm²/（V· s））.这种以天然鸡蛋清为栅介质的超低压双电层TFTs有望应用于新型生物电子器件及低能耗便携式电子产品.     

低温透明非晶IGZO薄膜晶体管的光照稳定性

采用室温射频磁控溅射非晶铟镓锌氧化合物(a-IGZO), 在相对低的温度(<200 ℃)下成功制备底栅a-IGZO 薄膜晶体管器件, 其场效应迁移率10 cm^-2·V^-1·s^-1, 开关比大于10⁷, 亚阈值摆幅 SS为0.4 V/dec, 阈值电压为3.6 V. 栅电压正向和负向扫描未发现电滞现象. 白光发光二极管光照对器件的输出特性基本没有影响, 表明制备的器件可用于透明显示器件. 研究了器件的光照稳定性, 光照10000 s后器件阈值电压负向偏移约0.8 V, 这种漂移是由于界面电荷束缚所致. 关键词： 非晶铟镓锌氧化合物 薄膜晶体管 光照稳定性 电滞现象     

基于P掺杂SiO2为栅介质的超低压侧栅薄膜晶体管

在室温下利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的颗粒膜P掺杂SiO₂为栅介质, 使用磁控溅射方法利用一步掩模法制备出一种新型结构的侧栅薄膜晶体管. 由于侧栅薄膜晶体管具有独特的结构, 在射频磁控溅射过程中, 仅仅利用一块镍掩模板, 无需复杂的光刻步骤, 就可同时沉积出氧化铟锡(ITO)源、漏、栅电极和沟道, 因此, 这种方法极大地简化了制备流程, 降低了工艺成本. 实验结果表明, 在P掺杂SiO₂栅介质层与沟道层界面处形成了超大的双电层电容(8 μF/cm²), 这使得这类晶体管具有超低的工作电压1 V, 小的亚阈值摆幅82 mV/dec、高的迁移率18.35 cm²/V·s和大的开关电流比1.1×10⁶. 因此, 这种P掺杂SiO₂双电层超低压薄膜晶体管将有望应用于低能耗便携式电子产品以及新型传感器领域. 关键词： 2')" href="#">P掺杂SiO₂ 侧栅薄膜晶体管 双电层(EDL) 超低压     

钝化层对背沟道刻蚀型IGZO薄膜晶体管的影响

本文制备了氧化硅、聚酰亚胺以及氧化硅-聚酰亚胺堆叠结构钝化层的非晶铟镓锌氧背沟道刻蚀型薄膜晶体管.与传统氧化硅钝化层薄膜晶体管相比,聚酰亚胺钝化层薄膜晶体管的电学特性大幅提高,场效应迁移率从4.7提升至22.4 cm²/(V·s),亚阈值摆幅从1.6降低至0.28 V/decade,电流开关比从1.1×10⁷提升至1.5×10¹⁰,负偏压光照稳定性下的阈值电压偏移从–4.8 V下降至–0.7 V.电学特性的改善可能是由于氢向聚酰亚胺钝化层扩散减少了背沟道的浅能级缺陷.     

沟道层厚度对室温制备的In2O3薄膜晶体管器件性能的影响

在室温下采用直流磁控溅射以SiO₂/Si为衬底制备了不同沟道层厚度的底栅式In₂O₃薄膜晶体管,讨论了沟道层厚度对底栅In₂O₃薄膜晶体管的电学性能的影响。实验结果表明:器件的特性与沟道层厚度有关,最优沟道层厚度的In₂O₃薄膜晶体管为增强型,其阈值电压为2.5 V,开关电流比约为10⁶,场效应迁移率为6.2 cm²·V^-1·s^-1。     

低工作电压聚噻吩薄膜晶体管

以高掺杂Si单晶片作为衬底且充当栅电极,采用磁控溅射法在硅片上沉积HfTiO薄膜作为栅介质层,聚三己基噻吩(P3HT)薄膜作为半导体活性层,金属Au作为源、漏电极,并采用十八烷基三氯硅烷(OTS)对栅介质层表面修饰,在空气环境下成功地制备出聚合物薄膜晶体管(PTFT).PTFT器件测试结果表明,该晶体管在低的驱动电压(<-1 V)下仍呈现出良好的饱和行为,其阈值电压和有效场效应迁移率分别为0.4 V和2.2×10^-2 cm²/V ·s.通过对金属-聚合物-氧化物 关键词： 聚合物薄膜晶体管 聚三己基噻吩 场效应迁移率 k栅介质')" href="#">高k栅介质     

基于氧化铟锡的无结低电压薄膜晶体管

在室温下制备了基于氧化铟锡(ITO)的底栅结构无结薄膜晶体管. 源漏电极和沟道层都是同样的ITO薄膜材料,没有形成传统的源极结和漏极结, 因而极大的简化了制备流程,降低了工艺成本.使用具有大电容的双电荷层SiO₂作为栅介质, 发现当ITO沟道层的厚度降到约20 nm时, 器件的栅极电压可以很好的调控源漏电流. 这些无结薄膜晶体管具有良好的器件性能: 低工作电压(1.5 V), 小亚阈值摆幅(0.13 V/dec)、 高迁移率(21.56 cm²/V·s)和大开关电流比(1.3× 10⁶). 这些器件即使直接在大气环境中放置4个月, 器件性能也没有明显恶化:亚阈值摆幅保持为0.13 V/dec,迁移率略微下降至18.99 cm²/V·s,开关电流比依然大于10⁶.这种工作电压低、工艺简单、 性能稳定的无结低电压薄膜晶体管非常有希望应用于低能耗便携式电子产品以及新型传感器领域.     

溶胶凝胶法制备以HfO2为绝缘层和ZITO为有源层的高迁移率薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了h-k氧化铪HfO₂薄膜, 经500℃退火后, 获得了高透过率、表面光滑、低漏电流和相对高介电常数的HfO₂薄膜. 并采用氧化铪作为绝缘层和锌铟锡氧化物作为有源层成功地制备了底栅顶接触结构薄膜晶体管器件. 获得的薄膜晶体管器件的饱和迁移率大于100 cm²·V^-1·s^-1, 阈值电压为-0.5 V, 开关比为5×10⁶, 亚阈值摆幅为105 mV/decade. 表明采用溶胶凝胶制备的薄膜晶体管具备高的迁移率, 其迁移率接近低温多晶硅薄膜晶体管的迁移率.     

氧化锌锡薄膜晶体管的研究

在ITO玻璃基底上用射频磁控溅射技术生长氧化锌锡(ZnSnO)沟道有源层、用PECVD生长SiO₂薄膜作为薄膜晶体管的栅绝缘层研制了薄膜晶体管(TFT), 器件的场效应迁移率最高达到μ_n=9.1 cm²/(V ·s),阈值电压-2 V,电流开关比为10⁴. 关键词： 氧化锌锡 薄膜晶体管 场效应迁移率     

室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO TFT)的工作电压,提高迁移率,采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上室温下依次沉积NbLaO栅介质层和ZnO半导体有源层,制备出ZnO TFT,对器件的电特性进行了表征。该ZnO TFT呈现出优异的器件性能:当栅电压为5 V、漏源电压为10 V时,器件的饱和漏电流高达2.2 m A;有效场效应饱和迁移率高达107 cm~2/(V·s),是目前所报道的室温下溅射法制备ZnO TFT的最高值,亚阈值摆幅为0.28 V/decade,开关电流比大于107。利用原子力显微镜(AFM)对NbLaO和ZnO薄膜的表面形貌进行了分析,分析了器件的低频噪声特性,对器件呈现高迁移率、低亚阈值摆幅以及迟滞现象的机理进行了讨论。     

薄膜热处理对ZnO薄膜晶体管性能的提高

制备了两种以SiO2为绝缘层的底栅ZnO薄膜晶体管,分别以未退火和退火处理的ZnO薄膜作为有源层.与未退火处理的ZnO薄膜晶体管相比,退火处理的ZnO薄膜晶体管的饱和迁移率由2.3 cm2/(V·s)增大至3.12 cm2/(V·s),阈值电压由20.8V减小至9.9V,亚阈值摆幅由2.6 V/dec减小至1.9 V/...     

Electronic transport properties of silicon junctionless nanowire transistors fabricated by femtosecond laser direct writing

Silicon junctionless nanowire transistor(JNT) is fabricated by femtosecond laser direct writing on a heavily n-doped SOI substrate.The performances of the transistor,i.e.,current drive,threshold voltage,subthreshold swing(SS),and electron mobility are evaluated.The device shows good gate control ability and low-temperature instability in a temperature range from 10 K to 300 K.The drain currents increasing by steps with the gate voltage are clearly observed from 10 K to50 K,which is attributed to the electron transport through one-dimensional(1D) subbands formed in the nanowire.Besides,the device exhibits a better low-field electron mobility of 290 cm~2·V~(-1)·s~(-1),implying that the silicon nanowires fabricated by femtosecond laser have good electrical properties.This approach provides a potential application for nanoscale device patterning.     

Control of electrical properties and gate bias stress stability in solution-processed a-IZO TFTs by Zr doping

Zr-doped indium zinc oxide (IZO) thin film transistors (TFTs) are fabricated via a solution process with different Zr doping ratios. The addition of Zr suppressed the carrier concentration in the IZO films, which was confirmed by Hall Effect measurements. As the amount of Zr was increased in the oxide active layer of TFTs, the subthreshold swing (S.S) reduced, the ON/OFF ratio improved, and the threshold voltage (V_th) shifted positively. Moreover, the starting points of the ON state for TFTs near the point zero gate voltage could be controlled by the addition of Zr. The 0.3% Zr-doped IZO TFT exhibited a high saturation mobility of 7.0 cm² V⁻¹ s⁻¹, ON/OFF ratio of 2.6 × 10⁶ and S.S of 0.57 V/decade compared the IZO TFT with 10.1 cm² V⁻¹ s⁻¹, 1.7 × 10⁶ and 0.75 V/decade. The Zr effect of the gate bias stability was examined. Zr-doped IZO TFTs were relatively unstable under a positive bias stress (PBS), whereas they showed good stability at a negative bias stress (NBS). The gate bias stability of the oxide TFTs were compared with the extracted parameters through a stretched-exponential equation. The characteristic trapping time under NBS of 0.3% Zr-doped IZO TFTs was improved from 8.3 × 10⁴ s for the IZO TFT to 3.1 × 10⁵ s.     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

负电荷层对a-IGZO TFT阈值电压的影响

采用脉冲直流磁控溅射的方式沉积In-Ga-Zn-O (IGZO)膜层作为TFT的有源层.在TFT沟道处的有源层和绝缘层的界面上, 通过溅射法制作一定厚度的负电荷层对阈值电压(V_th)进行调制, 使得V_th由-3.8 V升高至-0.3 V, 器件由耗尽型向增强型转变.通过增加Al₂O₃作为负电荷层, 可有效地将V_th控制在0 V附近, 并且提高其器件稳定性, 得到较好的电学特性:电流开关比I_on/I_off>10⁹, 亚阈值摆幅SS为0.2 V/dec, 阈值电压V_th为-0.3 V, 迁移率μ为9.2 cm² /(V·s).     

基于超薄Al2O3栅绝缘层的低工作电压IGZO薄膜晶体管及其在共源极放大器中的应用

随着薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)在各类新兴电子产品中得到广泛应用,作为各类电子设备的关键组件,其工作电压和稳定性面临着巨大挑战。为了满足未来高度集成化、功能复杂的应用场合,实现其低工作电压和高稳定性就变得异常重要。我们在150 mm×150 mm大面积玻璃基底上,采用磁控溅射非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium-gallium-zinc-oxide,a-IGZO)作为有源层,以原子层沉积(ALD)Al2O3为栅绝缘层,制备了底栅顶接触型a-IGZO TFT,并研究了50,40,30,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层对TFT器件的影响。其中,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层TFT具有最优综合性能:1 V的低工作电压、接近0 V的阈值电压和仅为65.21 mV/dec的亚阈值摆幅,还具有15.52 cm^2/(V·s)的高载流子迁移率以及5.85×10^7的高开关比。同时,器件还表现出优异的稳定性:栅极±5 V偏压1 h阈值电压波动最小仅为0.09 V以及优良的150 mm×150 mm大面积分布均一性。实现了TFT器件的低工作电压和高稳定性。最后,以该TFT器件为基础设计了共源极放大器,得到14 dB的放大增益。