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

【摘要】：近年來,科技水平的不斷進步,帶動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,使其在屏幕顯示領域上的研究具有重要意義。在氧化物半導體薄膜晶體管中,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,尋找新型無銦氧化物材料作為薄膜晶體管有源層的研究成為國內(nèi)外研究的重點之一。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足(n-10)d10ns0(n≥4,其中n為主量子數(shù))。同時,為獲得穩(wěn)定的器件性能,薄膜中需要有與氧結合能較高的金屬離子,來抑制氧空位的形成。針對以上兩點,在AZTO薄膜中,Sn也滿足(n-1)d10ns0(n≥4)電子結構,在薄膜內(nèi)也充當提供載流子濃度的作用,而Al3+和O2-結合能比Ga3+和O2-的結合能高,也可以實現(xiàn)調(diào)控載流子濃度的作用,所以理論分析上可以實現(xiàn)替換并制備出高性能的AZTO氧化物薄膜來替代IGZO薄膜。由于Al和Sn在大自然中存儲量大且對人體沒有危害,通過Sn元素代替In元素,Al元素代替Ga元素,來制備性能優(yōu)異的薄膜晶體管,對未來可穿戴、便攜顯示器件的廣泛應用具有重要意義。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,制備新型無銦氧化物AZTO薄膜并研究其薄膜晶體管性能。通過對不同生長條件下制備的AZTO薄膜進行測試分析結果發(fā)現(xiàn):在固定生長氣壓、生長溫度,不同氧分壓對AZTO薄膜的影響,氧分壓對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,所以導致薄膜載流子濃度升高。當氧分壓為5%時,AZTO薄膜擁有較好性能;EDX檢測薄膜內(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�；诖嗽�5%氧分壓環(huán)境下,分別研究了不同生長溫度和生長壓強對AZTO薄膜的影響。結果發(fā)現(xiàn)溫度在80℃時,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;在生長壓強為8 mTorr時,AZTO薄膜生長質(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,制備反交疊型結構的AZTO薄膜晶體管。在氧分壓為5%,生長壓強為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,并對其電學性能進行了測試分析。結果發(fā)現(xiàn):有源層厚度對器件性能的影響很大,當有源層厚度太薄時,載流子數(shù)量太少,遷移率過低;而當有源層厚度過厚時,一方面會增大載流子注入電阻,另一方面厚度過厚將會引起載流子數(shù)量過多,發(fā)生散射,結果都會使得遷移率有所下降。當薄膜晶體管有源層為50 nm時,薄膜晶體管的遷移率為2.17 cm2V-1s-1,閾值電壓14V,開關電流比為1.84×104,器件綜合性能相對較好。
[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.

【學位授予單位】：吉林建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN321.5

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 許洪華;徐征;黃金昭;袁廣才;孫小斌;陳躍寧;;薄膜晶體管研究進展[J];光子技術;2006年03期

2 ;薄膜晶體管專業(yè)圖書介紹[J];液晶與顯示;2008年04期

3 ;新型雙柵薄膜晶體管研究取得進步[J];傳感器世界;2011年10期

4 ;實驗性的薄膜晶體管[J];電子計算機動態(tài);1961年12期

5 吳茂林;;采用多晶硅的高壓薄膜晶體管[J];電子技術;1989年11期

6 何曉陽;薄膜晶體管制作工藝的發(fā)展概況[J];半導體技術;1997年02期

7 王偉,石家緯,郭樹旭,劉明大,全寶富;并五苯薄膜晶體管及其應用[J];半導體光電;2004年04期

8 林明通;余峰;張志林;;氧化鋅基薄膜晶體管最新研究進展[J];光電子技術;2008年04期

9 楊小天;馬仙梅;朱慧超;高文濤;金虎;齊曉薇;高博;董秀茹;付國柱;荊海;王超;常遇春;杜國同;曹健林;;氧化鋅基薄膜晶體管制備與研究(英文)[J];電子器件;2008年01期

10 王雄;才璽坤;原子健;朱夏明;邱東江;吳惠楨;;氧化鋅錫薄膜晶體管的研究[J];物理學報;2011年03期

相關會議論文 前10條

1 董桂芳;邱勇;;并五苯薄膜晶體管穩(wěn)定性研究[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

2 張群;;非晶氧化物半導體薄膜晶體管的研究進展[A];2013年廣東省真空學會學術年會論文集[C];2013年

3 王喜章;染谷隆夫;胡征;陳懿;;n-和p-型有機半導體涂層對五并苯薄膜晶體管性能促進效應[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

4 焦兵兵;王東興;劉躍;趙洪;;有機半導體酞菁銅雙極薄膜晶體管制備與特性[A];第十三屆全國工程電介質(zhì)學術會議論文集[C];2011年

5 邱龍臻;;基于有機半導體納米線復合材料的薄膜晶體管[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 岳蘭;張群;;高遷移率Al-In-Zn-O氧化物薄膜晶體管的研究[A];中國真空學會2012學術年會論文摘要集[C];2012年

7 曾祥斌;孫小衛(wèi);李俊峰;齊國鈞;;電場增強金屬誘導側向晶化制備多晶硅薄膜和薄膜晶體管[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅲ[C];2004年

8 于愛芳;郜展;李宏宇;唐皓穎;江鵬;;濕化學法修飾的ZnO納米結構薄膜晶體管的構造及性能研究[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

9 李榮金;李洪祥;胡文平;朱道本;;一種并五苯類似物的微米晶及各向異性電荷傳輸[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學術討論會摘要集[C];2010年

10 蔡俊;陳偉;;基于PIC24FJ128DA210的TFT-LCD控制設計[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2014年會論文集[C];2014年

相關重要報紙文章 前7條

1 吉通;通海高科將公開發(fā)行新股[N];中國工商報;2000年

2 鄭金武;國內(nèi)最大薄膜晶體管液晶顯示器件生產(chǎn)線建成[N];中國有色金屬報;2004年

3 羅清岳;非晶硅與多晶硅薄膜晶體管技術[N];電子資訊時報;2007年

4 本報記者 姜虹;秋逸盛：大尺寸面板難題已破[N];中華工商時報;2012年

5 中國軟件評測中心 中國計算機報測試實驗室 康健;Philips150x看過來[N];中國計算機報;2001年

6 中國計算機報測試實驗室 康健;“瘦”的魅力[N];中國計算機報;2000年

7 記者 劉霞;基于新型碳納米管的薄膜晶體管問世[N];科技日報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 強蕾;非晶半導體薄膜晶體管模型研究及參數(shù)提取[D];華南理工大學;2015年

2 陳勇躍;氧化物電子材料及其在薄膜晶體管的應用研究[D];浙江大學;2015年

3 武辰飛;非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管的器件物理研究[D];南京大學;2016年

4 王槐生;薄膜晶體管器件在動態(tài)應力下的退化研究[D];蘇州大學;2016年

5 肖鵬;氧化物薄膜晶體管及其有源材料的研究[D];華南理工大學;2016年

6 卓明;基于金屬氧化物半導體的微納傳感器制備及其性能研究[D];湖南大學;2015年

7 李彬;氧化銦基薄膜晶體管的制備與性能研究[D];北京交通大學;2016年

8 羅浩;一氧化錫薄膜晶體管與類CMOS電子器件研究[D];中國科學院寧波材料技術與工程研究所;2016年

9 王海龍;ZnSnO基薄膜晶體管的制備和性能研究[D];北京交通大學;2017年

10 姚綺君;基于氧化物半導體的薄膜晶體管[D];清華大學;2009年

相關碩士學位論文 前10條

1 孫汝杰;TiZnSnO非晶氧化物半導體薄膜制備及應用研究[D];浙江大學;2015年

2 劉權;SnO薄膜及其雙極性晶體管的性能調(diào)控[D];寧波大學;2015年

3 李洪磊;摻鎢氧化銦鋅薄膜晶體管的研究[D];復旦大學;2014年

4 徐博;多元氧化物半導體薄膜分子束外延生長及性能研究[D];電子科技大學;2015年

5 劉沖;銦鎵鋅氧薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學;2015年

6 羅文彬;鋅錫氧化物薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學;2014年

7 譚惠月;金屬氧化物薄膜和晶體管的制備與性能研究[D];青島大學;2015年

8 吳穹;薄膜晶體管電流模型的高階效應研究[D];華南理工大學;2015年

9 周大祥;非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管光照穩(wěn)定性的研究[D];上海交通大學;2015年

10 王曉林;隧穿效應薄膜晶體管制備與特性分析[D];哈爾濱理工大學;2013年

，

本文編號：1781329