本文選題：AZTO + 氧化物薄膜��； 參考：《吉林建筑大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來(lái),科技水平的不斷進(jìn)步,帶動(dòng)著智能可穿戴電子器件行業(yè)蓬勃發(fā)展,電子顯示器件逐漸受到人們的日益關(guān)注。薄膜晶體管作為電子顯示屏幕中的核心部件,在屏幕彎曲、可穿戴、攜帶方便的顯示器件中具有廣泛應(yīng)用。氧化物薄膜晶體管由于具有更好的穩(wěn)定性和更高的遷移率,而且易于在室溫下制備,使其在屏幕顯示領(lǐng)域上的研究具有重要意義。在氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管中,被廣泛研究的是銦鎵鋅氧(IGZO)薄膜晶體管。In和Ga在自然界中都屬于稀有有毒元素,不利于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)與制備,尋找新型無(wú)銦氧化物材料作為薄膜晶體管有源層的研究成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)之一。研究發(fā)現(xiàn),非晶氧化物薄膜材料(IGZO)具有較高的遷移率,主要原因是薄膜中的金屬離子外層電子排布需滿(mǎn)足(n-10)d10ns0(n≥4,其中n為主量子數(shù))。同時(shí),為獲得穩(wěn)定的器件性能,薄膜中需要有與氧結(jié)合能較高的金屬離子,來(lái)抑制氧空位的形成。針對(duì)以上兩點(diǎn),在AZTO薄膜中,Sn也滿(mǎn)足(n-1)d10ns0(n≥4)電子結(jié)構(gòu),在薄膜內(nèi)也充當(dāng)提供載流子濃度的作用,而Al3+和O2-結(jié)合能比Ga3+和O2-的結(jié)合能高,也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控載流子濃度的作用,所以理論分析上可以實(shí)現(xiàn)替換并制備出高性能的AZTO氧化物薄膜來(lái)替代IGZO薄膜。由于Al和Sn在大自然中存儲(chǔ)量大且對(duì)人體沒(méi)有危害,通過(guò)Sn元素代替In元素,Al元素代替Ga元素,來(lái)制備性能優(yōu)異的薄膜晶體管,對(duì)未來(lái)可穿戴、便攜顯示器件的廣泛應(yīng)用具有重要意義。本文以金屬Al靶、ZnO和SnO2陶瓷靶作為制備有源層AZTO的材料,利用磁控濺射共濺射的方法,制備新型無(wú)銦氧化物AZTO薄膜并研究其薄膜晶體管性能。通過(guò)對(duì)不同生長(zhǎng)條件下制備的AZTO薄膜進(jìn)行測(cè)試分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):在固定生長(zhǎng)氣壓、生長(zhǎng)溫度,不同氧分壓對(duì)AZTO薄膜的影響,氧分壓對(duì)Al元素的調(diào)控具有顯著的影響,隨著氧分壓的增加Al元素銳減,而Al在AZTO薄膜中具有抑制載流子濃度的作用,所以導(dǎo)致薄膜載流子濃度升高。當(dāng)氧分壓為5%時(shí),AZTO薄膜擁有較好性能;EDX檢測(cè)薄膜內(nèi)的Al、Sn、Zn原子比近于2:1:1,薄膜霍爾遷移率為3.507cm2V-1s-1,薄膜載流子濃度為2.950E+18。基于此在5%氧分壓環(huán)境下,分別研究了不同生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)壓強(qiáng)對(duì)AZTO薄膜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度在80℃時(shí),薄膜霍爾遷移率為2.146+01 cm2V-1s-1,薄膜載流子濃度為4.323E+17,薄膜的性能較好;在生長(zhǎng)壓強(qiáng)為8 mTorr時(shí),AZTO薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量較好,霍爾遷移率3.507 cm2V-1s-1和載流子濃度2.950E+18。最后我們采用lift-off工藝,制備反交疊型結(jié)構(gòu)的AZTO薄膜晶體管。在氧分壓為5%,生長(zhǎng)壓強(qiáng)為8 mTorr,襯底溫度為80℃的環(huán)境下,利用磁控濺射共濺射金屬Al靶、Zn O和SnO2陶瓷靶制備薄膜晶體管的有源層,分別制備了其厚度為20 nm、50 nm、80 nm、120 nm的AZTO薄膜晶體管,并對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):有源層厚度對(duì)器件性能的影響很大,當(dāng)有源層厚度太薄時(shí),載流子數(shù)量太少,遷移率過(guò)低;而當(dāng)有源層厚度過(guò)厚時(shí),一方面會(huì)增大載流子注入電阻,另一方面厚度過(guò)厚將會(huì)引起載流子數(shù)量過(guò)多,發(fā)生散射,結(jié)果都會(huì)使得遷移率有所下降。當(dāng)薄膜晶體管有源層為50 nm時(shí),薄膜晶體管的遷移率為2.17 cm2V-1s-1,閾值電壓14V,開(kāi)關(guān)電流比為1.84×104,器件綜合性能相對(duì)較好。
[Abstract]:In recent years, the continuous progress of the level of science and technology has led to the rapid development of the intelligent wearable electronic device industry. The electronic display devices have gradually attracted more and more attention. As the core components of the electronic display screen, thin film transistors are widely used in the screen bending, wearable and portable displays. Oxide thin film crystals are widely used. Because of its better stability and higher mobility, and easy to prepare at room temperature, it is of great significance in the field of screen display. In oxide semiconductor thin film transistors, indium gallium zinc oxygen (IGZO) thin film transistors.In and Ga are all rare and toxic elements in nature. A large scale of commercial production and preparation, looking for new indium oxide materials as the active layer of thin film transistors has become one of the focus of research at home and abroad. It is found that amorphous oxide film material (IGZO) has high mobility, the main reason is that the metal ion outer layer in the film needs to meet (N-10) d10ns0 (n). At the same time, in order to obtain the stable n quantum number, in order to obtain the stable device performance, the film needs to have a higher metal ion with oxygen to suppress the formation of oxygen vacancy. In the AZTO film, Sn also satisfies (n-1) d10ns0 (n > 4) electronic structure, in the film also acts as a carrier concentration, while Al3+ and O2- are combined. The combination of Ga3+ and O2- can be higher and can control the carrier concentration, so the theoretical analysis can replace and prepare the high performance AZTO oxide film to replace the IGZO film. Since Al and Sn have large storage and no harm to the human body, the Sn element is replaced by the In element and the Al element is replaced by the Ga element. To prepare thin film transistors with excellent performance, it is of great significance for future wearable and portable display devices to be widely used. In this paper, metal Al targets, ZnO and SnO2 ceramic targets are used as materials to prepare active layer AZTO. A new type of indium oxide AZTO film is prepared by magnetron sputtering co sputtering and the properties of its thin film transistors are studied. The results of the test and analysis of AZTO films prepared under different growth conditions showed that the influence of the fixed growth pressure, the growth temperature and the different oxygen pressure on the AZTO film, the oxygen partial pressure had a significant effect on the regulation of the Al element, and the Al element decreased sharply with the increase of oxygen partial pressure, while Al had the effect of inhibiting the carrier concentration in the AZTO film. So the concentration of the film carrier is increased. When the oxygen partial pressure is 5%, the AZTO film has better performance; the Al, Sn, Zn atom ratio of the thin film is near 2:1:1, the film Holzer mobility is 3.507cm2V-1s-1, the film carrier concentration is 2.950E+18. based on this 5% oxygen partial pressure environment, and the different growth temperature and growth pressure are studied to AZ respectively. The results show that the film Holzer mobility is 2.146+01 cm2V-1s-1, the film carrier concentration is 4.323E+17, and the film has better performance when the temperature is 80 C. The growth quality of AZTO film is better when the growth pressure is 8 mTorr, and the migration rate of the film is 3.507 cm2V-1s-1 and the carrier concentration 2.950E+18., finally, we use lift-off process. AZTO thin film transistors with reverse overlapping structure are prepared. Under the conditions of oxygen partial pressure of 5%, growth pressure of 8 mTorr, and substrate temperature of 80 C, the active layers of thin film transistors are prepared by magnetron sputtering co sputtering metal Al targets, Zn O and SnO2 ceramic targets to prepare the AZTO thin film transistors with thickness of 20 nm, 50 nm, 80 nm, 120 nm respectively. The results show that the active layer thickness has a great influence on the performance of the device. When the thickness of the active layer is too thin, the carrier number is too small and the mobility is too low. While the thickness of the active layer is too thick, the carrier injection resistance will be increased on the one hand. On the other hand, too thick the thickness of the active layer will cause excessive carrier number and scattering, When the active layer of the thin film transistor is 50 nm, the mobility of the thin film transistor is 2.17 cm2V-1s-1, the threshold voltage is 14V, the switching current ratio is 1.84 * 104, and the integrated performance of the device is relatively good.

【學(xué)位授予單位】：吉林建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN321.5

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本文編號(hào)：1781329