氧对IZO低压无结薄膜晶体管稳定性的影响

本文在室温下制备了无结结构的低压氧化铟锌薄膜晶体管, 并研究了氧分压对其稳定性的影响. 氧化铟锌无结薄膜晶体管具有迁移率高、结构新颖等优点, 然而氧化物沟道层易受氧、水分子等影响, 造成稳定性下降. 在室温下, 本文通过改变高纯氧流量制备氧化铟锌透明导电薄膜作为沟道层、源漏电极, 分析了氧压对于氧化物无结薄膜晶体管稳定性的影响. 为使晶体管在低电压(<2 V)下工作, 达到低压驱动效果, 本文采用具有双电层效应和栅电容大的二氧化硅纳米颗粒膜作为栅介质; 通过电学性能测试, 制备的晶体管工作电压仅为1 V、 开关电流比大于10⁶、亚阈值斜率小于100 mV/decade以及场效 应迁移率大于20 cm²/V·s. 实验研究表明, 通氧制备的氧化铟锌薄膜的电阻率会上升, 导致晶体管的阈值电压向正向漂移, 最终使晶体管的工作模式由耗尽型转变为增强型. 关键词： 薄膜晶体管 无结 氧化铟锌 氧分子     

退火温度对新型有源层WZTO薄膜晶体管性能的影响

通过溶液法制备了新型有源层钨锌锡氧化物(WZTO)薄膜晶体管(TFT),研究了不同退火温度对WZTO薄膜和TFT器件性能的影响。XRD结果表明即使退火温度达到500℃,WZTO薄膜仍为非晶态结构。W掺杂显著降低了薄膜表面粗糙度,其粗糙度均从0. 9 nm降低到0. 5 nm以下;但不影响薄膜可见光透过率,其透过率均大于85%。同时XPS分析证实随退火温度升高,WZTO薄膜中对应氧空位的峰增加。制备的WZTO器件阈值电压由8. 04 V降至3. 48 V,载流子迁移率随着退火温度的升高而增大,开关电流比达到107。     

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/...     

非晶镁铟锡氧薄膜晶体管的制备及退火对其性能的影响

为了优化镁铟锡氧薄膜晶体管(MITO-TFT)的性能,采用磁控溅射法制备MITO-TFT并分别研究了退火温度和退火气氛(O_2流量)对器件性能的影响。实验结果表明,O_2流量为400 cm~3/min、退火温度为750℃的MITO薄膜为非晶态,且其对应薄膜晶体管有最佳性能,其饱和迁移率为12.66 cm~2/(V·s),阈值电压为0.8 V,开关比达到10~7。适当的退火处理可以有效减少缺陷与界面态密度,并提高器件性能。     

溶胶凝胶法制备透明IZO薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了非晶铟锌氧化物(a-IZO)薄膜,并作为薄膜晶体管(TFT)的有源层制备了a-IZO TFT。研究了IZO薄膜中铟锌比对薄膜性质及a-IZO TFT器件性能的影响。结果表明:溶胶凝胶法制备的IZO薄膜经低温(300℃)退火后为非晶结构,薄膜表面均匀平整、致密,颗粒大小为20 nm左右,并具有高透过率(>85%)。IZO薄膜中的铟锌比对薄膜的电学性能和TFT器件特性影响显著,增加In含量有利于提高薄膜和器件的迁移率。当铟锌比为3∶2时,所获得的薄膜适合于作为薄膜晶体管的有源层,制备的IZO-TFT经过相对低温(300℃)退火处理具有较好的器件性能,阈值电压为1.3 V,载流子饱和迁移率为0.24 cm2·V-1·s-1,开关比(Ion∶Ioff)为105。     

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.     

退火温度对非晶铟钨氧薄膜晶体管特性的影响

非晶铟钨氧(a-IWO)薄膜晶体管(TFT)具有高迁移率和高稳定性的优点,但其适合于实际生产的制备工艺条件尚有待摸索。本文研究了退火温度对a-IWO TFT电学特性影响的基本规律和内部机理。实验结果表明,随着退火温度的升高,a-IWO TFT的场效应迁移率也相应增加,这是由于高温退火下a-IWO薄膜中氧空位含量增多并进而导致载流子浓度增加的缘故。此外,a-IWO TFT的亚阈值摆幅和阈值电压在200℃下退火达到最佳,我们认为主要原因在于此时a-IWO薄膜的表面粗糙度最小并形成了最佳的前沟道界面状态。     

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.     

沟道宽度对ZnO-TFT电学性能的影响

用射频磁控溅射法生长的ZnO薄膜作为有源层,制备出了ZnO基薄膜晶体管(ZnO-TFT),并在空气环境下350℃退火1 h,研究了沟道宽度对ZnO-TFT器件性能的影响。实验结果表明:阈值电压随着沟道宽度的减小而增加,这是由于沟道越窄,载流子被捕获的几率越大,在相同栅压下沟道内可动载流子浓度越小,相应的阈值电压就越大;饱和迁移率随着沟道宽度的减小而增加,认为这是由源/漏电阻的侧壁效应及边缘电子场效应引起的附加电流所致。     

溶胶凝胶法制备高性能锆铝氧化物作为绝缘层的薄膜晶体管

本文采用溶胶凝胶法制备了锆掺杂铝氧化物(锆铝氧化物)和铪铟锌氧化物薄膜,并用于制造薄膜晶体管的绝缘层和有源层.锆铝氧化物绝缘层具有较高的介电常数,其相对介电常数为19.67,且薄膜表面光滑,致密,其表面粗糙度仅为0.31 nm.获得的薄膜晶体管具备良好的器件性能,当器件宽长比为5时,器件的饱和迁移率为21.3 cm2/V·s,阈值电压为0.3 V,开关比可以达到4.3×107,亚阈值摆幅仅有0.32 V/dec.     

Improvement of electrical characteristics of InGaZnO thin film transistors by using HMDSO/O2 plasma deposited SiOCH buffer layer

In this work, we present the performance improved InGaZnO thin film transistors by inserting low temperature processed 10 nm thick SiOCH buffer layers between SiN_x insulator and InGaZnO channel layer. The influences of oxygen flow rate during the deposition of SiOCH buffer layer have been intensively investigated. Basing on the analysis of hall effect measurement and Fourier transform infrared spectrum, the SiOCH buffer layer can effectively increase the carrier concentration of the channel layer by the hydrogen doping due to re-sputtering and diffusion effect. The InGaZnO thin film transistor with buffer layer exhibits an enhanced performance with mobility of 13.09 cm²/vs, threshold voltage of −0.55 V and I_on/I_off over 10⁶.     

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。     

射频磁控溅射低温制备非晶铟镓锌氧薄膜晶体管

利用射频磁控溅射技术室温制备了铟镓锌氧(IGZO)薄膜,采用X射线衍射(XRD)表征薄膜的晶体结构,原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌,分光光度计测量其透光率。结果表明:室温制备的IGZO薄膜为非晶态且薄膜表面均匀平整,可见光透射率大于80%。将室温制备的IGZO薄膜作为有源层,在低温(<200℃)条件下成功地制备了铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT),获得的a-IGZO-TFT器件的场效应迁移率大于6.0 cm2.V-1.s-1,开关比约为107,阈值电压为1.2 V,亚阈值摆幅(S)约为0.9 V/dec,偏压应力测试a-IGZO TFT阈值电压随时间向右漂移。     

一个非晶InGaZnO薄膜晶体管线性区陷阱态的提取方法

非晶InGaZnO(a-IGZO)薄膜在制备过程中形成的缺陷和弱键以陷阱态的形式非均匀分布在a-IGZO的带隙中, 这些陷阱态会俘获栅压诱导的电荷, 影响a-IGZO薄膜晶体管线性区迁移率、沟道电子浓度等, 进而影响线性区的电学性能. 本文基于线性区沟道迁移率与沟道内的自由电荷与总电荷的比值成正比, 分离出自由电荷以及陷阱态电荷. 由转移特性和电容电压特性得到自由电荷以及陷阱态电荷对表面势的微分, 分离出自由电子浓度和陷阱态浓度. 通过对沟道层与栅绝缘层界面运用泊松方程以及高斯定理, 考虑了沟道表面势与栅压的非均匀性关系, 得出自由电子浓度以及陷阱态浓度与表面势的关系, 最后通过陷阱态浓度与表面势求导得到线性区对应的态密度.     

硅掺杂氧化锡柔性薄膜晶体管的制备与特性

研究了柔性非晶硅掺杂氧化锡（SiSnO,STO）薄膜晶体管的电学特性及其在弯曲状态下的电学特性。通过射频磁控溅射在聚酰亚胺（Polyimide,PI）衬底上制备出了柔性非晶硅掺杂氧化锡薄膜晶体管。通过对比不同退火温度的器件性能,发现在300℃能获得最佳器件性能,其饱和迁移率达到2.71 cm²·V^-1·s^-1,开关比高于10⁶,亚阈值摆幅为1.95 V·dec^-1,阈值电压为2.42 V。对器件在不同曲率半径（5,10,20,30 mm）状态下进行输出特性和转移特性测试,发现其在弯曲状态下仍具有良好的电学性能。     

Al_2O_3薄层修饰SiN_x绝缘层的IGZO-TFTs器件的性能研究

采用原子层沉积工艺(ALD)生长均匀致密的三氧化二铝(Al2O3)薄层对氮化硅(Si Nx)绝缘层进行修饰,研究了铟镓锌氧薄膜晶体管(IGZO-TFTs)器件的性能。当Al2O3修饰层厚度为4 nm时,绝缘层-有源层界面的最大缺陷态密度相比于未修饰器件降低了17.2%,器件性能得到显著改善。场效应迁移率由1.19 cm2/(V·s)提高到7.11 cm2/(V·s),阈值电压由39.70 V降低到25.37 V,1 h正向偏压应力下的阈值电压漂移量由2.19 V减小到1.41 V。     

Influence of the active layer thickness on the electrical properties of ZnO thin film transistors fabricated by radio frequency magnetron sputtering

We report on the electrical properties of bottom-gate ZnO thin film transistors (TFTs) with different active layer thicknesses. The ZnO active layer films with thickness varied from 20 to 100 nm were deposited by radio frequency (rf) magnetron sputtering on SiO₂/p-Si substrate and annealed at a high temperature of 950 °C. The transistor with 40 nm thick ZnO exhibited the best performance, with a field effect mobility of 27.5 cm²/V s, a threshold voltage of −2.4 V and an on/off ratio of 7×10³.     

非晶InGaZnO薄膜成分配比对透明性和迁移率的影响

利用固相反应法制备了富铟含量在不同成分配比下的高质量InGaZnO陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积法,在基片温度为20℃、氧压为1Pa条件下,在石英玻璃衬底上生长了非晶InGaZnO薄膜,并对薄膜进行X射线衍射、透射吸收光谱、拉曼光谱与霍尔效应测试。通过对InGaZnO薄膜的测试表征,在较低温度条件下,铟含量较高的薄膜样品保持了非晶结构、可见光的高透明性和高电子迁移率,InGaZnO薄膜有望应用于电子器件。