高负偏光照稳定性的溶液法像素级IZTO TFT

采用溶液法制备了铟锌锡氧化物(indium-zinc-tin-oxide, IZTO)有源层薄膜和铪铝氧化物(hafnium-aluminum oxide, HAO)绝缘层薄膜,并成功应用于背沟道刻蚀结构(back-channel etched, BCE)IZTO薄膜晶体管(thinfilm transistor, TFT)像素阵列.利用N2O等离子体表面处理钝化IZTO缺陷态,提升溶液法像素级IZTO TFT器件性能,特别是光照负偏压稳定性.结果表明,经N2O等离子体处理后,器件饱和迁移率提升了接近80%,达到51.52 cm~2·V^–1·s^–1.特别是3600 s光照负偏压稳定性从–0.3 V提升到–0.1 V,满足显示驱动的要求.这进一步说明经N₂O等离子体处理后能够得到良好的溶液法像素级IZTO TFT阵列.     

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.     

N2O Plasma表面处理对SiNx基IGZO-TFT性能的影响

采用N₂O plasma处理SiN_x薄膜作为绝缘层,以室温下沉积的铟镓锌氧化物(IGZO)作为有源层制备了 IGZO薄膜晶体管。与常规的IGZO-TFT相比,N₂O plasma处理过的IGZO-TFT的迁移率由原来的4.5 cm²·V^-1·s^-1增 加至8.1 cm²·V^-1·s^-1,阈值电压由原来的11.5 V减小至3.2 V,亚阈值摆由原来的1.25 V/decade减小至0.9 V/decade。采用C-V方法计算了两种器件的陷阱态,结果发现N₂O plasma处理过的IGZO-TFT的陷阱态明显小于普通的IGZO-TFT的陷阱态,表明N₂O plasma处理SiN_x绝缘层是一种改善IGZO-TFT器件性能的有效方法。     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

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。     

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.     

双电层氧化锌薄膜晶体管偏压应力稳定性

以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注,利用天然鸡蛋清作为栅介质层,采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO薄膜有源层,制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管（ZnO-TFT）并对其电学特性进行了表征,研究了器件在栅偏压和漏偏压应力下电性能的稳定性及其内在的物理机制。该ZnO-TFT器件呈现出良好的电特性,载流子饱和迁移率为5.99 cm²/（V·s）,阈值电压为2.18 V,亚阈值摆幅为0.57 V/dec,开关电流比为1.2×10⁵,工作电压低至3 V。研究表明,在偏压应力作用下,该ZnO-TFT器件电性能存在一定的不稳定性,我们认为栅偏压应力引起的电性能变化可能来源于栅介质附近及界面处的正电荷聚集、充放电效应和新陷阱态的复合效应;漏偏压应力引起的电性能变化可能来源于焦耳热引起的氧空位及沟道中的电子陷阱。     

氢元素对铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能的影响

对国际上有关铟镓锌氧化物薄膜晶体管中氢元素的来源、存在形式、表征方法以及对器件性能的影响进行了综述.氢元素是铟镓锌氧化物薄膜晶体管中最为常见的杂质元素,能以正离子和负离子两种形式存在于薄膜晶体管的沟道中,并对器件性能和电学可靠性产生影响.对铟镓锌氧化物薄膜晶体管而言,沟道中氢元素浓度越高,其场效应迁移率越高、亚阈值摆幅越小、器件的电学稳定性也越好.同时,工艺处理温度过低或过高都不利于其器件性能的改善,通常以200—300?C为宜.     

源漏电极的制备对氧化物薄膜晶体管性能的影响

本文采用钼-铝-钼(Mo/Al/Mo)叠层结构作为源漏电极,制备氧化铟锌(IZO)薄膜晶体管(TFT).研究了Mo/Al/Mo源漏电极中与IZO接触的Mo层溅射功率对TFT器件性能的影响.随着Mo层溅射功率的增加,器件开启电压(Von)负向移动,器件均匀性下降.通过X射线光电子能谱(XPS)深度剖析发现IZO/Mo界面有明显的扩散;当Mo层溅射功率减小时,扩散得到了抑制.制备的器件处于常关状态(开启电压为0.5 V,增强模式),不仅迁移率高(～13 cm2·V-1·s-1),而且器件半导体特性均匀.     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

Field-effect transistor based on a combination of nanometer film and undoped semiconductor

The metal oxide nanometer film semiconductor field-effect transistor (MONSFET) is reported. In this device, a combination of undoped semiconductor and nanometer film serves as the active layer. When a negative gate-source voltage is applied, electrons from the nanometer film enter into the semiconductor layer to form the conducting channel, and the drain current increases without saturation. This structure makes more materials available for the active layer, and thus suggests a new route to enrich the applications as well as to enhance the performances.     

退火温度和Ga含量对溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管性能的影响

采用溶液法在玻璃衬底上制备InGaZnO薄膜,并以InGaZnO为沟道层制备底栅顶接触型薄膜晶体管,研究了退火温度和Ga含量对InGaZnO薄膜和晶体管电学性能的影响.研究表明,退火可以明显改善溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管的电学性能.退火温度的升高会导致薄膜晶体管阈值电压的负向漂移,并且饱和迁移率和电流开关比增大.X射线光电子能谱测量表明,随退火温度的增加,InGaZnO薄膜表面吸附氧减少,沟道层中氧空位增多导致电子浓度增大.退火温度为380?C时,晶体管获得最佳性能.饱和迁移率随Ga含量的增加而减小.In:Ga:Zn摩尔比为5:1.3:2时,晶体管达到最佳性能:饱和迁移率为0.43 cm~2/(V·s),阈值电压为1.22 V,开关电流比为4.7×10~4,亚阈值摆幅为0.78 V/decade.     

Metal-oxide-semiconductor field effect transistor using ‘oxidizedμc-Si/ultrathin oxide’ gate structure

The metal-oxide-semiconductor (MOS) field effect transistor (FET) using ‘oxidized μ c-Si/ultrathin oxide’ gate structure was studied. It was found that this structure shows negative differential resistance behavior, which can be explained by the Coulomb blockade effect of trapped carriers and immediate tunneling into and tunneling out with gate bias variation. The requirements for the device with this structure showing negative differential resistance behavior are based on very weak resistive coupling between floating gate and channel. They are the thinness of the tunnel oxide film, the thickness ratio of the upper oxidized film and the tunnel oxide, and the channel threshold voltage. MOSFET with this gate structure is proposed as a new negative differential resistance device.     

用反应溅射法沉积SiO_x绝缘层的InGaZnO-TFT的光照稳定性(英文)

制备了基于反应溅射SiOx绝缘层的InGaZnO-TFT,并系统地研究了InGaZnO-TFT在白光照射下的稳定性,主要涉及到光照、负偏压、正偏压、光照负偏压和光照正偏压5种情况。结果表明,器件在光照和负偏压光照下的阈值偏移较大,而在正偏压光照情况下的阈值偏移几乎可以忽略。采用C-V方法证明阈值电压漂移是源于绝缘层/有源层附近及界面处的缺陷。另外,采用指数模式计算了缺陷态的弛豫时间。本研究的目的就是揭示InGaZnO-TFT在白光照射和偏压下的不稳定的原因。     

Influence of white light illumination on the performance of a-IGZO thin film transistor under positive gate-bias stress

The influence of white light illumination on the stability of an amorphous In GaZnO thin film transistor is investigated in this work. Under prolonged positive gate bias stress, the device illuminated by white light exhibits smaller positive threshold voltage shift than the device stressed under dark. There are simultaneous degradations of field-effect mobility for both stressed devices, which follows a similar trend to that of the threshold voltage shift. The reduced threshold voltage shift under illumination is explained by a competition between bias-induced interface carrier trapping effect and photon-induced carrier detrapping effect. It is further found that white light illumination could even excite and release trapped carriers originally exiting at the device interface before positive gate bias stress, so that the threshold voltage could recover to an even lower value than that in an equilibrium state. The effect of photo-excitation of oxygen vacancies within the a-IGZO film is also discussed.     

GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO₂薄膜,研究了等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO₂薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件,如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比,并基于曲率法模型,对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量,利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO₂薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO₂薄膜,对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明,在沉积温度为300℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH₄/N₂O为125/70 cm³·min^-1的工艺参数下,PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO₂薄膜应力相对较小。     

氢气浸泡辐照加速方法在3DG111器件上的应用及辐射损伤机理分析

本文以~(60)Co为辐照源,针对3DG111型晶体管,利用半导体参数分析仪和深能级缺陷瞬态谱仪,研究高/低剂量率和有/无氢气浸泡条件下,电性能和深能级缺陷的演化规律.试验结果表明,与高剂量率辐照相比,低剂量率辐照条件下,3DG111型晶体管的电流增益退化更加严重,这说明该器件出现了明显的低剂量率增强效应;无论是高剂量率还是低剂量率辐照条件下,3DG111晶体管的辐射损伤缺陷均是氧化物正电荷和界面态陷阱,并且低剂量率条件下,缺陷能级较深;氢气浸泡后在高剂量率辐照条件下,与未进行氢气处理的器件相比,辐射损伤程度明显加剧,且与低剂量率辐照条件下器件的损伤程度相同,缺陷数量、种类及能级也相同.因此,氢气浸泡处理可以作为低剂量率辐射损伤增强效应加速评估方法的有效手段.     

High linearity AlGaN/GaN HEMT with double-Vth coupling for millimeter-wave applications

We demonstrated an AlGaN/GaN high electron mobility transistor(HEMT)namely double-Vthcoupling HEMT(DVC-HEMT)fabricated by connecting different threshold voltage(Vth)values including the slant recess element and planar element in parallel along the gate width with N;O plasma treatment on the gate region.The comparative studies of DVC-HEMT and Fin-like HEMT fabricated on the same wafer show significantly improved linearity of transconductance(Gm)and radio frequency(RF)output signal characteristics in DVC-HEMT.The fabricated device shows the transconductance plateau larger than 7 V,which yields a flattened fT/fmax-gate bias dependence.At the operating frequency of 30 GHz,the peak power-added efficiency(PAE)of 41%accompanied by the power density(Pout)of 5.3 W/mm.Furthermore,the proposed architecture also features an exceptional linearity performance with 1-d B compression point(P1 d B)of 28 d Bm,whereas that of the Fin-like HEMT is 25.2 d Bm.The device demonstrated in this article has great potential to be a new paradigm for millimeter-wave application where high linearity is essential.