發(fā)布時間：2020-07-23 18:43

【摘要】：非晶透明氧化物半導(dǎo)體(A-TOS)的出現(xiàn)促進了顯示技術(shù)的飛速發(fā)展。以非晶銦鎵鋅氧化物(a-IGZO)半導(dǎo)體為代表的TFT以其優(yōu)良的電學(xué)性能和光學(xué)性能而越來越受到廣泛的關(guān)注;如較高載流子場效應(yīng)遷移率μ_(EE),開關(guān)電流比I_(on)/I_(off),優(yōu)良的光學(xué)透過率,大面積制造仍能保持良好的均一性以及制備工藝簡單,成本低等�；谝陨细鞣N優(yōu)點,a-IGZO-TFT被廣泛認為是a-Si的替代者以及新一代顯示技術(shù)的重要技術(shù)節(jié)點。目前,國內(nèi)外已有相關(guān)的初代產(chǎn)品問世。雖然a-IGZO-TFT具有眾多的優(yōu)良特性,但是由于在偏壓和光照條件下的不穩(wěn)定性和不可靠性缺點而未能廣泛的投入市場。不論是在液晶顯示還是有源矩陣發(fā)光二極管中,TFT均需要在光源照射和電壓偏置的情況下工作,因此,a-IGZO-TFT的偏壓穩(wěn)定性和可靠性都需要得到改善。同時,a-IGZO屬于非晶材料,高密度的界面陷阱態(tài)會嚴重影響器件的穩(wěn)定性和可靠性;另外,如何從器件結(jié)構(gòu)入手進一步改善TFT的性能也需要進一步研究。本文采用溶液法制備了實驗樣品,主要探究如何改善界面態(tài)穩(wěn)定性以及如何從器件結(jié)構(gòu)入手改善TFT的性能,通過測試和分析,主要的研究結(jié)果歸納如下。1.在退火溫度為300℃工藝條件下,制備了單層a-IGZO,a-IZO和雙層a-IGZO/IZO薄膜樣品,結(jié)合安捷倫半導(dǎo)體參數(shù)分析儀,測量其電流隨偏壓時間的變化特征。發(fā)現(xiàn)在相同工藝條件和同一測試環(huán)境下,雙層a-IGZO/IZO薄膜樣品的電流變化量ΔI大于單層a-IGZO,a-IZO薄膜樣品。結(jié)果進一步揭示,由于雙層結(jié)構(gòu)中存在界面載流子陷阱,載流子運輸時可以被界面載流子陷阱態(tài)俘獲。2.探討了退火溫度對雙層薄膜樣品穩(wěn)定性的影響。退火溫度從220℃升高至300℃時,雙層薄膜樣品的穩(wěn)定性提高,電流隨偏壓時間的變化量ΔI減小,這表明隨著溫度的升高界面陷阱態(tài)密度降低,故對載流子俘獲率降低即界面處載流子累積減小,形成的電場也減小,在一定程度上可以降低對載流子輸運的阻礙,對雙層薄膜器件的研究具有一定的參考價值。3.利用噴墨打印技術(shù)和溶液旋涂法制備了單有源層和雙有源層薄膜場效應(yīng)晶體管,探討了器件結(jié)構(gòu)對器件性能的影響。通過安捷倫半導(dǎo)體參數(shù)分析儀對a-IGZO/IZO-TFT,a-IGZO-TFT,a-IZO-TFT器件的開關(guān)電流比,閾值電壓,遷移率進行了對比研究分析;同時測試了其輸出特性,發(fā)現(xiàn)雙有源層器件性能參數(shù)優(yōu)于單有源層器件,對改善TFT器件性能具有一定指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN321.5;TB383.2
【圖文】：

(b)非晶共價半導(dǎo)體 (d)摻重金屬非晶氧化物半導(dǎo)體圖 1-1 單晶和非晶半導(dǎo)體載流子輸運軌道示意圖1.3 非晶銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體由 ZnO 基材料發(fā)展而來的摻雜氧化物非晶半導(dǎo)體展現(xiàn)出很好的性能，其中以 In2O3，Ga2O3和 ZnO 構(gòu)成的非晶銦鎵鋅氧化物(a-IGZO)半導(dǎo)體更是有著很多優(yōu)越的特性[28]。1.3.1 非晶銦鎵鋅氧化物的電學(xué)特性非晶銦鎵鋅氧化物(a-IGZO)半導(dǎo)體有著很多優(yōu)異的性能，近年來受到越來越多的關(guān)注。a-IGZO-TFT 在 AMOLED 中更是起著舉足輕重的作用，且隨著技術(shù)的發(fā)展對 a-IGZO的電學(xué)性能要求也越來越嚴格。從制備溫度和器件均一性來看，非晶態(tài)半導(dǎo)體優(yōu)于多晶半導(dǎo)體。a-IGZO 半導(dǎo)體在性能上亦是優(yōu)于其他非晶半導(dǎo)體。目前 a-IGZO-TFT 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)≥1010的開關(guān)電流比。a-IGZO 的電子遷移率在 2~50 cm2/V-s 之間，是 a-Si 面板的20~50 倍，且其制備的時配線變細，可實現(xiàn)同等透過率下 4 倍的分辨率。另外，IGZO面板的關(guān)斷能優(yōu)越，具有漏電流 Ioff低，功耗低的優(yōu)點。a-IGZO 新型的高 OFF 性能驅(qū)動方式實現(xiàn)了面板的低功耗驅(qū)動，當(dāng) a-IGZO 面板處于關(guān)閉狀態(tài)時，漏電流是 a-Si 的 1%，

玻璃襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) 7.18 0.44 0.25 ~108頂柵，塑料襯底 a-IGZO PLD 技術(shù) 8.3 1.6 — ~103頂柵，塑料襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) ~10 3.03 1.47 2.9×107底柵，玻璃襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) 28 3.2 0.56 ~107底柵，玻璃襯底 a-IGZO 熱蒸發(fā) 130 0.1 0.8 7×104底柵，玻璃襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) 35.8 5.9 0.59 4.9×106底柵 n+Si 襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) 16.6 0.1 0.18 ~107底柵，n+Si 襯底 a-IGZO 磁控技術(shù) 13.4 3.7 0.18 ≥1010在國外對于 a-IGZO 特性的研究較早。如圖 1-2 所示是 Hideo Hosono 小組在 PET 沉底上制作的 a-IGZO-TFT 器件結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到，a-IGZO 可以實現(xiàn)柔性功能，這對以后柔性顯示的發(fā)展有著很大的推動作用。不僅如此，Hosono 還發(fā)現(xiàn)，盡管在彎曲情況下測試，其開關(guān)電流比高達~103，載流子飽和遷移率為 7 cm-2/V-s，其測試結(jié)果如圖1-3 所示[29]。Yabutta 等在室溫環(huán)境下，以磁控濺射技術(shù)的方法在玻璃襯底上制備出了a-IGZO 薄膜。發(fā)現(xiàn)濺射薄膜與濺射氣氛的氧分壓存在很大關(guān)系，其發(fā)現(xiàn)當(dāng)濺射腔體內(nèi)氣體 O2/(O2+Ar)由 3.1%上升到 3.7%時，薄膜的電導(dǎo)率從 10-3S·cm-1下降到 10-6S·cm-1即 a-IGZO 薄膜通過改變制備工藝條件，可以改變薄膜的遷移率，電導(dǎo)率等性能參數(shù)。

圖 1-3 Hosono 實驗小組在彎曲情況所測試下 a-IGZO 的電學(xué)特性以 a-IGZO 作為有源層材料的器件具有很好的載流子遷移率和較高的開關(guān)電流比等優(yōu)異的特性主要有以下幾個原因。從能帶角度來看，a-IGZO 的導(dǎo)帶是 In3+的 5s 軌道，因為 In 離子的原子半徑較大，所以即便是無序性排列的 In 離子仍然可以和周圍的 In 離子發(fā)生軌道交疊，形成有效導(dǎo)電路徑。第二個原因是 a-IGZO 相比于 a-Si:H 有較低的帶尾態(tài)密度(＜1020cm-3eV-1)，在載流子流動過程中，費米能級不會被釘扎[30]，而且費米能級能夠超過遷移率邊，此時其導(dǎo)電機制主要以擴展態(tài)導(dǎo)電為主，具有較高的遷移率。另外一個是因為其具有獨特的滲流導(dǎo)電機制，滲流導(dǎo)電路徑如圖 1-4 所示[31]。(a)(b)

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本文編號：2767698