發(fā)布時(shí)間：2017-10-26 04:32

  本文關(guān)鍵詞：非晶IGZO薄膜晶體管的光照特性研究

  更多相關(guān)文章： 非晶銦鎵鋅氧基薄膜晶體管 白光照射 紫外激光照射

【摘要】：如今,在電子器件大范圍應(yīng)用領(lǐng)域,電子透明顯示是學(xué)術(shù)界討論最為廣泛的話題之一,其關(guān)鍵組成部分是寬禁帶半導(dǎo)體材料。在過(guò)去的幾年里,基于薄膜晶體管(TFT)技術(shù)生產(chǎn)的電子顯示設(shè)備廣泛普及,成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的信息傳遞的窗口。在平板顯示領(lǐng)域,主要有兩種解決方案,一是氫化的非晶硅薄膜晶體管(a-Si:H TFT),二是低溫制備的多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)。目前市場(chǎng)上已存在的諸如有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器(AMOLED和有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)等,都是采用上述兩種技術(shù)制備而成。隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們對(duì)視覺(jué)享受的不斷追求,電子顯示產(chǎn)品的性能需要不斷提高,而a-Si:H TFT和LTPS TFT已經(jīng)不也能滿足市場(chǎng)需求。近期研究學(xué)者發(fā)現(xiàn),氧化物等新材料制備的薄膜晶體管由于其優(yōu)異的電學(xué)性能,已經(jīng)受到大家的特別重視,并且被確立為下一代平板顯示器最有前景的技術(shù)之一。相比較a-Si:H TFT和LTPS TFT,非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管(a-IGZO TFT)具有更為突出的優(yōu)點(diǎn),如具有較高的光學(xué)透過(guò)率、關(guān)態(tài)下較低的漏電流、比較低的制備溫度、較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率等。然而,當(dāng)a-IGZO TFT應(yīng)用在實(shí)際的電路系統(tǒng)中,其電學(xué)穩(wěn)定的重要性顯得至關(guān)重要,尤其是面板顯示的背光照射和應(yīng)用于紫外探測(cè)器中的紫外光照射對(duì)a-IGZO TFT的電學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,為此,我的主要工作是制備a-IGZO TFT器件,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)光照研究,以下是我主要進(jìn)行的兩部分工作：1.采用背柵設(shè)計(jì)方法,在硅襯底上制備a-IGZO TFT的獨(dú)立器件,TFT初始性能良好。當(dāng)在器件柵極施加恒定正向偏壓(PBS),由于溝道層與柵氧化層界面載流子的捕獲效應(yīng),轉(zhuǎn)移特性曲線向右移動(dòng),閾值電壓變大,器件性能退化,實(shí)驗(yàn)中采用白光照射器件,可以改善器件性能的退化程度,具體表現(xiàn)為,在黑暗環(huán)境和光照條件下,PBS持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1500 s后,閾值電壓漂移大小分別為1.62 V和1.16 V,這是因?yàn)榘坠獾淖訋赌芰磕軌蚣ぐl(fā)溝道和介質(zhì)層界面的載流子躍遷至導(dǎo)帶,減弱應(yīng)力引起的載流子捕獲效應(yīng)。其次,白光照射可以釋放部分被捕獲的電子,界面散射的減弱改善遷移率的退化,因此黑暗環(huán)境和光照條件下,場(chǎng)效應(yīng)遷移率分別降低了1.44 cm2/V.s和1.15 cm2/V.s。此外,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)光照可以加速器件性能的恢復(fù),甚至將界面原先存在的捕獲載流子激發(fā)出去,最終使器件具有比平衡狀態(tài)下更好的性能參數(shù)。2. 在石英片襯底上制備性能良好a-IGZO TFT的獨(dú)立器件,溝道寬長(zhǎng)比W/L為100 μm/5μm,開(kāi)啟電壓約為2.43 V,經(jīng)計(jì)算得出亞閾值擺幅為0.58 V/dec,此外,器件場(chǎng)效應(yīng)遷移率為20.56 cm2/V.s。用紫外光照射a-IGZO TFT有源溝道區(qū)域,有效的照射能量大小范圍為6 J/cm2到96 J/cm2,紫外照射引起a-IGZO有源層載流子濃度上升,導(dǎo)致器件開(kāi)啟電壓幾乎呈線性從2.43 V減小到-5.56 V。亞閾值擺幅值明顯退化,這表面紫外光照下TFT溝道內(nèi)有新缺陷態(tài)產(chǎn)生。與此同時(shí),場(chǎng)效應(yīng)遷移率不斷降低,這是由于被捕獲的載流子形成強(qiáng)靜電散射中心,加強(qiáng)了界面的散射作用。此外,根據(jù)電子能譜來(lái)觀察a-IGZO有源層氧含量的變化,激光照射前后,氧空位含量從29.4%增加到43.3%,這說(shuō)明氧空位增加的含量是a-IGZO薄膜在被紫外照射后產(chǎn)生的,同時(shí)也與溝道內(nèi)載流子濃度增加的解釋相一致。最后,我還對(duì)紫外激光照射后器件的恢復(fù)過(guò)程也進(jìn)行了研究,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的時(shí)間,器件性能基本可以恢復(fù)至初始狀態(tài)。這表明紫外照射在a-IGZO薄膜內(nèi)引起的氧空位和相關(guān)缺陷態(tài)不是穩(wěn)定的,會(huì)隨時(shí)間逐漸湮滅。
【關(guān)鍵詞】：非晶銦鎵鋅氧基薄膜晶體管 白光照射 紫外激光照射
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN321.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-36
• 1.1 引言10-11
• 1.2 含氫非晶硅薄膜晶體管的研究現(xiàn)狀與技術(shù)局限11-15
• 1.3 低溫多晶硅薄膜晶體管的研究現(xiàn)狀與技術(shù)局限15-17
• 1.4 a-IGZO TFT的基本性質(zhì)17-22
• 1.5 a-IGZO TFT的應(yīng)用前景和存在的科學(xué)問(wèn)題22-26
• 1.6 本論文的主要研究?jī)?nèi)容26-28
• 參考文獻(xiàn)28-36
• 第二章 白光照射下a-IGZO TFT穩(wěn)定性的研究36-50
• 2.1 背景介紹36-37
• 2.2 a-IGZO TFT的工藝制備過(guò)程37-40
• 2.3 白光照射對(duì)a-IGZO TFT穩(wěn)定性的影響40-43
• 2.4 白光照射對(duì)a-IGZO TFT性能恢復(fù)的影響43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 第三章 紫外光照射下a-IGZO TFT穩(wěn)定性的研究50-64
• 3.1 背景介紹50-51
• 3.2 a-IGZO TFT的工藝制備過(guò)程51-53
• 3.3 紫外光照射對(duì)a-IGZO TFT穩(wěn)定性的影響53-57
• 3.4 a-IGZO TFT性能退化和恢復(fù)機(jī)制的分析57-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 第四章 工作總結(jié)與展望64-67
• 4.1 主要結(jié)論64-65
• 4.2 研究展望65-67
• 發(fā)表論文目錄67-68
• 致謝68-69

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