【摘要】：當(dāng)前n型氧化物薄膜晶體管(TFT)已經(jīng)能夠勝任平板顯示器件,但是更復(fù)雜的應(yīng)用卻需要基于n型及p型半導(dǎo)體的互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)構(gòu)架。由n型及p型薄膜晶體管共同構(gòu)成的CMOS器件是復(fù)雜邏輯電路的基石,其具有功耗低、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。遺憾的是,大部分氧化物半導(dǎo)體都是n型的,p型氧化物半導(dǎo)體種類異常稀少且性能(器件遷移率等)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于n型材料,這嚴(yán)重制約了基于氧化物半導(dǎo)體CMOS器件的發(fā)展。近年來,NiO_x由于其優(yōu)異的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性吸引了廣泛的關(guān)注,是一種非常有前景的p型氧化物半導(dǎo)體材料。然而,對(duì)p型NiO_x-TFT的研究仍然處于初步階段,需要進(jìn)一步探索。本論文對(duì)溶液法制備p型NiO_x薄膜及其TFT器件進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容如下:第一,研究了不同退火溫度對(duì)NiO_x-TFT器件性能的影響,發(fā)現(xiàn)器件的綜合電學(xué)性能隨著退火溫度的升高先變好后變差。這主要是因?yàn)殡S著退火溫度的升高,逐步消除了NiO_x薄膜中的有機(jī)殘留物(C-,N-等相關(guān)組分),從而使器件性能有了明顯的改善。然而,隨著退火溫度的進(jìn)一步升高,由于表面原子的團(tuán)簇現(xiàn)象,加重了頻繁的散射事件;而且在更高的退火溫度下,進(jìn)一步減少了Ni~(2+)空位,降低了空穴載流子的濃度,這些都導(dǎo)致了器件性能的變差。實(shí)驗(yàn)表明250℃是最佳退火溫度。第二,研究了不同有源層的厚度對(duì)NiO_x-TFT器件的影響。發(fā)現(xiàn)有源層厚度過小,空穴載流子會(huì)受到NiO_x薄膜背表面散射的影響,導(dǎo)致器件無法開啟。有源層的厚度過大,NiO_x薄膜內(nèi)部的缺陷態(tài)急劇增大,增加了空穴載流子在輸運(yùn)過程中散射及俘獲的幾率,從而使遷移率下降。第三,為了進(jìn)一步提高器件的電學(xué)性能,我們研究了不同源漏電極及前驅(qū)體溶液中乙醇胺(MEA)的摻入對(duì)NiO_x-TFT器件的影響。研究表明金屬電極的選擇對(duì)NiO_x-TFT器件性能有較大的影響。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體溶液中MEA摻入會(huì)直接影響空穴載流子的含量。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,NiO_x-TFT器件表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能:μ(遷移率)=0.48cm~2v~(-1)s~(-1),S(亞閾值擺幅)=1.22 V/Dec,V_(th)(閾值電壓)=11.8 V,I_(on/off)(開關(guān)比)=1.7×10~3。第四,我們采用溶液法制備出的Al_2O_3代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO_2柵介質(zhì),制備出了的NiO_x/Al_2O_3 TFT器件表現(xiàn)出了優(yōu)異的電學(xué)性能:μ=5.92 cm~2v~(-1)s~(-1),S=0.13 V/Dec,V_(th)=-0.83 V,I_(on/off)=3.5×10~6。NiO_x/Al_2O_3 TFT比NiO_x/SiO_2 TFT器件遷移率增大了10倍,閾值電壓減小了15倍,開關(guān)比增大了三個(gè)數(shù)量級(jí),電學(xué)性能得到了極大的提高。這主要?dú)w因于Al_2O_3較大的單位面積電容以及NiO_x和Al_2O_3低的界面態(tài)密度。
【圖文】：

p 型 NiOx-TFT 器件的制備工藝探索與性能優(yōu)化氧化物半導(dǎo)體，特別是基于溶液法工藝的高質(zhì)量 p 型 TFT 器件，對(duì)實(shí)現(xiàn)基于氧化物體的低成本大面積 CMOS 電路具有十分重大的意義[20-32]。.2 TFT 的器件原理以及主要性能參數(shù).2.1 TFT 的主要結(jié)構(gòu)TFT 是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其通過三個(gè)電極控制器件的開啟和關(guān)閉，根據(jù)柵電極導(dǎo)體溝道層相對(duì)位置的不同，以及溝道層和源漏電極的位置不同，可分為四種結(jié)構(gòu)圖 1.1 所示，TFT 分為底柵頂接觸型，底柵底接觸型，頂柵頂接觸型，頂柵底接觸種結(jié)構(gòu)[9]。

如果此時(shí)施加一定的源漏電壓 VDS源漏電流 IDS由此而產(chǎn)生，在絕緣層和有源層之間形成的有效導(dǎo)電溝道類似于恒電電阻，IDS隨著 VDS的增大而增大，呈正相關(guān)性。隨著柵極電壓的增大，導(dǎo)電溝通的厚度也會(huì)相應(yīng)增加，即柵極電壓越大，有效溝道處的電阻越小。由此施加同樣的漏極電壓，源漏電流就會(huì)越大，IDS的大小可以表示為：DSFEoxGSTDSC(VaV)VLWI μ (1-2)方程中：μFE代表溝道的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，Cox代表絕緣層的單位電容，Vth代表閾值電壓，W 導(dǎo)電溝道的寬度，L 代表導(dǎo)電溝道的寬度。飽和區(qū)：在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，漏極電壓高于柵極電壓，導(dǎo)致載流子在線性區(qū)域產(chǎn)生的導(dǎo)電溝道中擴(kuò)散開來，源漏電流在比半導(dǎo)體/電介質(zhì)界面更寬的區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，，靠近漏極附近的積累層中的電荷耗盡而導(dǎo)致缺少有效的導(dǎo)電溝道，此時(shí)被定義為夾斷點(diǎn)。當(dāng)"#VDS"#>"#VGS- Vth"#時(shí)，出現(xiàn)夾斷點(diǎn)。IDS由 VGS控制，大致可以描述為：2DSsatoxGSth(VV)LWI μC (1-3)(a) (b)
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;TN321.5

【相似文獻(xiàn)】

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1 張軍鵬;p型NiO_x-TFT器件的制備工藝探索與性能優(yōu)化[D];深圳大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2641400