【摘要】：近年來(lái),基于非晶氧化物半導(dǎo)體(AOS)的薄膜晶體管(TFT)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種高端平板顯示器(FPD),如有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器(AMOLED),有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)等。這是由于非晶氧化物半導(dǎo)體有很多優(yōu)異的性能,如制備溫度低,遷移率高,均勻性好以及可見光透明等。目前,高科技終端產(chǎn)品的更新?lián)Q代很快,這就對(duì)平板顯示器和非晶氧化物薄膜晶體管提出了更高的要求。非晶氧化物薄膜晶體管必須具有更小的體積,更高的遷移率以及更好的穩(wěn)定性等�；谶@點(diǎn)考慮,本文使用幾納米厚的超薄非晶氧化物薄膜作為溝道層,制備了超薄薄膜晶體管(UTFT),系統(tǒng)研究了薄膜厚度,薄膜組成以及退火溫度對(duì)超薄非晶氧化物薄膜及其UTFT性能的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:1.采用脈沖激光沉積(PLD)法制備了不同厚度的非晶ZnGe0.05SnO(a-ZnGe0.05SnO)薄膜,研究了膜厚對(duì)非晶氧化物薄膜及其TFT性能的影響。隨著薄膜厚度的降低,氧含量升高,可見光透過率升高,場(chǎng)效應(yīng)遷移率大致呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),閾值電壓總體先降低后升高。然而在薄膜厚度約為4.3 nm時(shí),薄膜及其TFT器件出現(xiàn)了一系列相關(guān)的異�，F(xiàn)象。我們提出了界面相互作用模型用以解釋該異常現(xiàn)象,該模型可以為制備超薄非晶氧化物薄膜及其UTFT提供良好的指導(dǎo)。只有當(dāng)薄膜厚度小于4.3 nm時(shí)(如3.1 nm),才能獲得高質(zhì)量的超薄非晶氧化物薄膜,以及高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的增強(qiáng)型薄膜晶體管。2.采用PLD法制備了不同Ge含量的超薄a-ZnGexSnO薄膜(x=0時(shí)為a-ZnSnO),Ge作為氧空位(Vo)抑制劑,研究了Ge含量對(duì)超薄a-ZnGexSnO薄膜及其UTFT性能的影響。隨著Ge含量的升高,氧空位含量先升高后降低,導(dǎo)致閾值電壓先降低后升高,而場(chǎng)效應(yīng)遷移率則大大降低。這是由于當(dāng)薄膜厚度只有約3.2nm時(shí),氧很容易通過退火擴(kuò)散進(jìn)薄膜,使得超薄a-ZnSnO薄膜的氧空位含量很低,導(dǎo)致加入Ge的作用有限,并且會(huì)降低場(chǎng)效應(yīng)遷移率等性能。在所有的UTFT中,a-ZnSnO UTFT的性能和穩(wěn)定性最為優(yōu)異,這表明,在超薄非晶氧化物薄膜晶體管中氧空位抑制劑是非必要的。3.采用PLD法制備了超薄aa-ZnSnO薄膜及其UTFT,研究了退火溫度對(duì)薄膜及UTFT性能的影響。超薄aa-ZnSnO薄膜的比表面積很大,隨著退火溫度的升高,薄膜粗糙度降低,表面形貌發(fā)生改變,薄膜的電阻率降低,這都會(huì)影響UTFT的性能。其中200 ℃退火的UTFT由于較高的電阻率而沒有表現(xiàn)出晶體管性能,而退火溫度為250至450 ℃的其他UTFT表現(xiàn)出良好的開關(guān)特性,并且為具有較高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的增強(qiáng)型器件。改變退火溫度可以獲得不同性能和穩(wěn)定性的UTFT器件。其中,350 ℃退火的a-ZTO UTFT性能最好,穩(wěn)定性略差,450 ℃退火的a-ZTO UTFT穩(wěn)定性最好,性能略差。4.采用PLD法制備了超薄a-InZnO和a-ZnSnO薄膜及其UTFT器件,對(duì)比研究了兩種超薄薄膜及其UTFT的性能差異。兩種超薄薄膜都具有很高的可見光透過率(95%),兩種器件都是高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的增強(qiáng)型UTFT。我們使用了一種新方法去對(duì)比不同體系非晶氧化物材料中的氧空位含量,其結(jié)果可以很好地解釋超薄a-InZnO和a-ZnSnO薄膜及其UTFT器件性能的差異。相比超薄a-ZnSnO薄膜,超薄a-InZnO薄膜具有較低的氧空位含量,較低的載流子濃度,且In3+的4d105s0軌道半徑大于Sn4+,從而使得a-InZnO UTFT的性能更好。
【圖文】：

機(jī)發(fā)光二極管顯示器（ａｃｔｉｖｅ邋ｍａｔｒｉｘ邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ邋ｄｉｏｄｅ，ＡＭＯＬＥＤ）邋［２－４］0逡逑其中，薄膜晶體管（Ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，邋ＴＦＴｓ）作為顯示器件的開關(guān)元件，與存逡逑儲(chǔ)電容器件共同組成驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)高清晰度、全色彩的顯示。圖１．１逡逑是柔性透明ａ－ＩｎＧａＺｎ0ＴＦＴＩ５］及基于ＴＦＴ的平板顯示器示意圖。逡逑ＭW壚逡逑Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邐ＡＭＬＣＤ邐ＡＭＯＬＥＤ逡逑ａ－ＩｎＧａＺｎＯＴＦＴ逡逑ｗｍ邋ｋ邋／逡逑ｉＰａｄ邋ｕｓｉｎｇ邋ａ－邐Ｓｍａｒｔ邋ｐｈｏｎｅ邋ｕｓｉｎｇ邐Ｆｌｅｘｉｈｌｅｄｉｓｎｌａｖ逡逑ＩｎＧａＺｎＯＴＦＴｓ邐ａ－ＩｎＧａＺｎＯＴＦＴｓ邐Ｈｅｘｉｂｌｅ邋ｄｉｓｐｌａｙ逡逑圖１．１柔性透明ａ－ＩｎＧａＺｎＯＴＦＴ邋（ａ）邋［５］及基于ＴＦＴ的平板顯示器（ｂ－ｆ）逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ａ－ＩｎＧａＺｎＯ邋ＴＦＴｓ［５］邋（ａ）邋ａｎｄ邋ＦＰＤｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ＴＦＴｓ邋（ｂ－ｆ）逡逑在顯示器中，ＴＦＴ本身的性能對(duì)顯示器整體的性能至關(guān)重要，ＴＦＴ技術(shù)是平逡逑板顯示技術(shù)的核心科技之一，是顯示領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)。目前，商業(yè)化的ＴＦＴ主逡逑要分為一下幾大類［６］：—是氫化非晶硅（ｆｌ－Ｓｉ：Ｈ）ＴＦＴ；二是低溫多晶硅（ＬＴＰＳ）逡逑ＴＦＴ；三是金屬氧化物ＴＦＴ，主要是非晶氧化物（ＡＯＳ）邋ＴＦＴ。其中，ａ－Ｓｉ：ＨＴＦＴ逡逑技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。其主要的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟

制備溫度較低，容易大面積成膜，比較適合制備大面積和柔性的器件。早在上世逡逑紀(jì)五十年代，人們就發(fā)現(xiàn)了硫系非晶半導(dǎo)體，由此開啟了非晶態(tài)半導(dǎo)體的研究［４Ｇ，逡逑４１＼圖２．１簡(jiǎn)單概括了非晶態(tài)半導(dǎo)體的發(fā)展歷程［３９］。隨后的幾十年里，各種非晶逡逑態(tài)半導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，其中具有里程碑意義的是氫化非晶硅（ｆｌ－Ｓｉ：Ｈ）的發(fā)現(xiàn)，這被逡逑稱為開啟了一個(gè)新的前沿學(xué)科：巨微電子學(xué)［４２１。這是第一種可以通過摻雜同時(shí)控逡逑制導(dǎo)電類型和摻雜濃度的非晶半導(dǎo)體，并且由于非晶的均勻性，其可以在基板上逡逑大面積制備。隨后，Ｌｅｃｏｍｂｅｒ等人［４３］在玻璃上制備了首個(gè)ａ－Ｓｉ：ＨＴＦＴ，雖然其逡逑徖移率只有約0．５ｃｍ２Ｖ－ｉｓ－ｉ，但已經(jīng)可以驅(qū)動(dòng)液晶顯示器（ＬＣＤ）邋了。此后，心逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN321.5;TN304

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本文編號(hào)：2650557