基于铟镓锌氧化物的纸基柔性薄膜晶体管器件研究

目前大多数柔性薄膜晶体管(TFT)使用塑料基板替代玻璃基板会导致白色污染加重,本研究采用可降解的纳米纤维素纸作为柔性基板,其具有粗糙度仅为3.12 nm的优异平滑度,且整个器件沉积完后只增加至6.03 nm。更重要的是,该TFT器件通过磁控溅射制备IGZO/Al₂O₃作为有源层,使得器件在室温下无需热退火处理,避免了纳米纸不耐高温的问题。在有源层中,Al₂O₃充当电子桥连接了不连续的铟镓锌氧化物(IGZO),且IGZO有着微弱的结晶,大量的载流子得以沿沟道流通。该纸基器件展示出迁移率为22.5 cm²/(V·s)、开关比高达5.07×10⁶、阈值电压V_th仅为-0.036 V的优异性能,并且有着很好的正偏压和负偏压稳定性。这种纸基TFT在未来的绿色且柔性显示中具有巨大的应用潜力。     

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备及其光敏特性研究

基于射频磁控溅射法制备了以非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)作为有源层的底栅顶接触式薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor,TFT),其长/宽比为300μm/100μm。研究了该器件在无激光和在三种不同波长激光照射下的光敏特性。实验表明,器件在波长分别为660、450和405nm三种激光照射下的阈值电压V_th分别为4.2、2.5和0V,均低于无激光时的4.3V,且器件的阈值电压随激光波长减小单调降低,此外,随着激光波长的下降,“明/暗”电流比K由0.54上升到8.06(在VGS=6V且VDS=5V条件下),光敏响应度R由0.33μA/mW上升到4.88μA/mW,可见激光波长越短,可获得更强的光电效应,光灵敏度也更高,该效应表明该器件在光电探测等领域具有广阔的应用前景。     

基于喷墨打印的In2 O3/IGZO TFT的电学性能

利用喷墨打印技术制备了非晶铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜、铟氧化物(In_2O_3)薄膜和性能明显改善的双层In_2O_3/IGZO异质结沟道薄膜,研究了薄膜的物理与电学特性。结果表明,喷墨打印制备的金属氧化物薄膜具有较高的光学透过率与较低的表面粗糙度;嵌入的In_2O_3层薄膜能减小IGZO与In_2O_3间的界面缺陷,明显提高In_2O_3/IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能及其偏压稳定性。随着IGZO中In含量的增加,载流子浓度升高,器件的迁移率增大,但In_2O_3与IGZO间能级势垒会逐渐降低,最后导致难以控制关态电流和阈值电压,因此,适当调整In的比例有利于获得较高器件性能的In_2O_3/IGZO异质结沟道TFT。     

采用不同透明电极的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管

采用透明材料ITO和AZO为源漏电极,在室温下利用射频磁控溅射方法制作了底栅结构的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管。实验发现,制备的薄膜晶体管均表现出了良好的开关特性。其中采用AZO为电极的薄膜晶体管的场效应迁移率为1.95cm2/V.s,开关比为4.53×105,在正向偏压应力测试下,阈值电压的漂移量为4.49V。     

聚酰亚胺在非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管器件中的钝化应用

提出了采用聚酰亚胺(PI)作为非晶铟镓锌氧(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin-film Tran-sistors,TFT)钝化层 的制备工艺.PI成膜采用旋涂工艺,可减少钝化层成膜工艺对TFT器件沟道层的破坏,降低对器件性能的影响.PI可作为有效的钝化层,从而避免因有源层a-IGZO沟道表面气体分子吸附效应造成的TF...     

双层有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的仿真

采用SILVACO软件的ATLAS对双有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行二维器件模拟,研究了在底栅顶接触的结构下,不同沟道厚度比的情况下的器件的电学特性。在IZO材料的厚度为5nm、IGZO材料的厚度为35nm时,器件的最佳开关电流比约为3.5×1013,亚阈值摆幅为0.36V/dec。并在此厚度比的基础上,模拟了两层材料的隙态密度,并通过改变态密度模型中的相关参数,观察两层材料对器件的电学特性的影响情况。     

一种兼具阈值电压与迁移率补偿功能的IGZO AM-OLED像素电路

提出一种呈5T2C结构的IGZO AM-OLED像素电路,以改善驱动管状态变化所导致的输出驱动电流稳定性问题.理论分析与仿真结果均表明:该电路不仅能够补偿驱动管阈值电压的漂移,而且能够补偿驱动管迁移率的漂移.基于仿真结果,即使在2V～9 V大范围输入电压信号的条件下,当驱动管的阈值电压变化±2 V时,驱动电流变化约为1...     

具有漏端Offset的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的特性及开态电流模型

本文研究了具有不同漏端Offset长度(LDo)的非晶铟镓锌氧化物(Amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide, a-IGZO)薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFT)的电学特性,发现器件的阈值电压(Vth)、亚阈值摆幅(SS)、关态电流(Ioff)与LDo无明显依赖关系,通过分析漏端Offset区域的电流与电压关系,发现其遵循欧姆定律,由此提取出漏端Offset区域电阻(RDO),研究发现RDO与LDO成幂函数关系且幂次随栅源电压(VGS)的增加而增加,由此我们提出RDO的经验模型,同时利用此模型得到漏端Offset a-IGZO TFT的开态电流模型并通过与电流－电压曲线拟合得以验证。     

金属氧化物IGZO薄膜晶体管的最新研究进展

最近几年,金属氧化物IGZO薄膜晶体管成为研究热点,具有高迁移率、稳定性好、制作工艺简单等优点,备受人们关注。文章综述了制作金属氧化物IGZO晶体管的结构及其优缺点,总结了影响金属氧化物IGZO薄膜晶体管性能的因素,并提出了制作高性能金属氧化物IGZO薄膜晶体管的方法。     

IGZO TFT与ZnO TFT的性能比较

分析比较了ZnO TFT与IGZO TFT的主要光电学特性以及阈值电压稳定性。结果表明:ZnO薄膜与IGZO薄膜在可见光波长范围内都有着较高的光学透过率;在同等制备条件下,IGZO TFT器件的场效应迁移率、开关电流比、阈值电压及亚阈值系数等方面的特性均明显好于ZnO TFT;二者都有着较低的泄漏电流,并且差别很小。另外,ZnO TFT在正负偏压下阈值电压都有漂移,而IGZO TFT在正偏压下阈值电压漂移比ZnO TFT的小且在负偏压下阈值电压没有漂移,由此可见IGZO TFT比ZnO TFT有着更好的稳定性。总之,IGZO薄膜比ZnO薄膜更适合作为下一代TFT的有源层材料。     

Mobility impact on compensation performance of AMOLED pixel circuit using IGZO TFTs

The suitability of indium gallium zinc oxide (IGZO) thin-film transistors (TFT) for implementation of active matrix display of organic light emitting diodes (AMOLED) compensation pixel circuits is addressed in this paper. In particular, the impact of mobility on compensating performance for the implementation in AMOLED pixel circuits is investigated. Details of the effective mobility modeling using the power law of gate-to-source voltage are provided, and parameters are extracted according to the measured current-to-voltage data of IGZO TFT samples. The investigated AMOLED pixel circuit consists of 4 switching TFTs, 1 driving TFT, and 1 capacitor. A " source-follower” structure is used for the threshold voltage extraction of the driving transistor. A new timing diagram is proposed; thus the current error of the pixel circuit is almost independent of the effective mobility. But, to improve the precision of the threshold voltage extraction of the driving transistor, the mobility is required to be greater than 5 cm²V⁻¹s⁻¹. On the other hand, the optimized storage capacitance is reversely proportional to the effective mobility. Thus, the layout area of the pixel circuit can be decreased from 100 × 100 to 100 × 68 μm², with the effective mobility increased from 10 to 50 cm²V⁻¹s⁻¹. Therefore, IGZO TFT is a good alternative backplane technology for AMOLED displays, and a higher effective mobility is preferred for high compensation performance and compact layout.     

基于IGZO的5.5 in FHD In-cell触控FFS面板设计

为了达到便携移动终端日益轻薄的要求,In-cell Touch技术是触控的最佳选择。目前,非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)越来越受到人们的关注,与传统的硅基TFT相比,IGZO拥有其相应的优势,并且制造成本较LTPS TFT低廉,制备过程容易掌控。为了将IGZO材料的优点运用在触控显示面板上,设计了一款5.5in FHD In-cell Touch面板。为了实现FHD的分辨率,首次采用IGZO-TFT模型设计多工器(MUX),并用它驱动本文所述的面板。通过检测,触控的信噪比达54dB以上。在文章最后展示了基于此次设计成功做出的样机。本文对实现自容式多点in-cell触控的关键结构做了简单的介绍,针对在试做过程中遇到的寄生电容问题做了详细的分析,并描述了相应的解决方法。将IGZO技术与In-cell Touch技术融合,能够在较简单的工艺下达到高规格触控面板的需求。     

不同溅射气体对a-IGZO TFT特性的影响

采用脉冲直流(Pulsed DC)方式和不同的单组份气体(Ar、O2、N2)溅射制作IGZO,研究了缺氧(Ar)、富氧(O2)、氧替代(N2)三种情形下的IGZO-TFT特性。通过AES、XRD、AFM等分析手段,考察了不同气体制备的IGZO膜以及相应靶材的成分及结构,发现不同的溅射气体对IGZO膜的成分比例和电学结构具有重要的影响。实验结果表明,Ar-IGZO TFT在退火后具有良好的特性,S值为1 V/dec,迁移率可达8.3 cm2/Vs,开关比Ion/Ioff≥105。     

Extraction method for polycrystalline TFT above and below threshold model parameters

A procedure is presented to extract above and sub-threshold model parameters in polysilicon TFTs. It is based on the integration of the experimental data current, which has the advantage of reducing the effects of experimental noise. This method is applied to the linear and saturation regions for the above-threshold regime and allows the extraction of all the above-threshold and sub-threshold parameters. We already presented a unified extraction method for the above threshold parameters of a-Si:H and polysilicon TFTs, where the above-threshold regime the mobility is modeled as a function of the gate voltage to a power. An integration procedure is used to extract the device model parameters. In this paper, we complete the extraction procedure to cover all the device operation regions, that is the sub-threshold and above-threshold regimes. The extraction procedure provides in addition the possibility of monitoring the crystallization process of a-Si:H TFTs into polysilicon, which has become a widely used process of fabricating low temperature polysilicon TFTs. The process of polycrystallization manifests itself by a variation and change in sign of one of the model parameters. Extracted parameters can be correlated to input parameters required by AIM-Spice circuit simulator for device modeling. The accuracy of the simulated curves using the extracted parameters is verified with measurements.     

工艺路线对TFT工厂能源消耗的影响

为了在TFT工厂的设计、建设及运营阶段采取有针对性的节能降耗措施,有效降低器件制备过程中的能耗,本文根据我院多年从事TFT生产线节能评估工作的经验数据,针对不同技术路线,选取具有代表性的TFT-LCD及AMOLED生产线,并对其能耗进行对比分析,以讨论不同技术路线对TFT-LCD及AMOLED显示器件生产能耗的影响。分析结果表明:阵列制备是最主要用能工序,其制备复杂程度可采用光罩次数(Mask)表征。随着光罩次数的增加,器件制造对电力、氮气、新鲜水等能源及耗能工质的需求呈急剧增长:采用10-13Mask技术的LTPS及AMOLED显示器件,其综合能耗达到a-Si及Oxide技术路线的约350%之多;在不同技术路线下,电力均为最主要的用能需求,其消耗量占总能耗的80%~87%。能耗的增加导致用能成本的大幅上升。在国家大力提倡绿色经济的环境下,建议各大厂商采取科学有效的能耗管控措施,以降低能源消耗及用能成本,实现产业的健康可持续发展。     

Top Interface Engineering of Flexible Oxide Thin‐Film Transistors by Splitting Active Layer

The effect of active layer (amorphous indium–gallium–zinc oxide, a‐IGZO) splitting on the performances of back‐channel‐etched (BCE) and etch‐stopper (ES) thin‐film transistors (TFTs) on polyimide substrate is studied. While the performance of BCE TFT is independent of active layer splitting, the performance of ES TFT is improved significantly by splitting the active layer into 2–4 µm width along the channel. The saturation mobility is enhanced from 24.3 to 76.8 cm² V^?1 s^?1 and this improvement is confirmed by the operation of a ring oscillator made of the split TFTs also. X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the split a‐IGZO indicates the incorporation of F at the island interface and thus improves the top interface quality, leading to a significant improvement of the top channel TFT mobility from 0.25 to 24.22 cm² V^?1 s^?1. This improvement is correlated with bonding of In with F at the top interface according to XPS results. The bias stability, hysteresis, and mechanical stability of the ES a‐IGZO TFT are also remarkably improved by splitting a‐IGZO active layer.     

a-Silicon剩余厚度和TFT特性的关系研究

以Cl2 SF6为刻蚀气体用RIE刻蚀机在200mtorr压力下刻蚀Channel部a-Silicon。通过调整刻蚀时间,研究a-Silicon剩余厚度对TFT特性的影响,并通过在线电学特性测试设备EPM对TFT器件电学特性进行测量和评估。在这里说明测试用的Glass,Channel部的a-Silicon是由三层物质L:a-Silicon、H:a-Silicon、和n a-Silicon按照21.74%、56.52%、21.74%的比例沉积而成。其中n a-Silicon是Channel部必须去除的部分,其余两部分才是影响TFT特性的因素,而TFTChannel的真正形成也是在L:a-Silicon层。所以整个实验过程中需要考虑一点是H:a-Silicon在全部a-Silicon(包含L:a-Silicon、H:a-Silicon、和n a-Silicon)中的比例,即所谓的H:a-Silicon%。因为既要保证下面的L:a-Silicon层不受影响,同时还要保证上面的n a-Silicon曾被完全去除,所以实验中的时间选定必须从某个定点开始。实验结果说明当H:a-Silicon的剩余厚度为10.8%时TFT特性明显变差,那么可以保守的得出:在其它条件不变的情况下,H:a-Silicon的剩余厚度在a-Silicon总厚度的25%～45%范围之内时TFT器件的电学特性受到的影响很小;而H:a-Silicon剩余厚度少于a-Silicon总厚度的25%时TFT器件的电学特性变差,即工作电流变小、开启电压变大、漏电流和迁移率没有明显差异。     

等离子体处理对非晶IGZO柔性薄膜晶体管性能的影响

本文研究了柔性基板上的薄膜晶体管,使用IGZO作为有源层,栅极绝缘层采用NH3等离子体和N2O等离子体分别进行处理,研究器件性能变化。结果表明等离子体类型及处理时间对阈值电压、场效应迁移率、开关比、亚阈值摆幅（SS）和偏压稳定性都有影响。TFT器件用NH3等离子体处理10秒显示出最佳的器件性能,阈值电压达到0.34 V,场效应迁移率为15.97 cm2/Vs,开关比为6.33×107,亚阈值摆幅为0.36 V /dec。本文提出的柔性IGZO-TFT是下一代柔性显示驱动装置较好选择。     

PI衬底柔性透明硅薄膜太阳能电池的制备及性能

利用硬质玻璃为载板,采用传统硅薄膜太阳能电池生产设备,在聚酰亚胺(PI)塑料薄膜衬底上沉积了B掺杂的ZnO(BZO)薄膜,并以此作为前电极制备了单节电池结构及多节串联一体结构的非晶硅(a-Si)太阳能电池;研究了PI衬底上BZO薄膜的光学及电学性能。结果表明,PI衬底上沉积BZO薄膜后在300~1 200 nm波长范围的透光率为76.63%,方块电阻19.7?/□。所制备的单节和多节串联一体结构的a-Si薄膜太阳能电池的转化效率分别达到6.45%和5.1%,封装后电池组件具有一定的透光性,透光率约达到30.2%。