【摘要】：溶液法制備工藝因其低成本和操作簡單等特點,近年來被廣泛應(yīng)用于金屬氧化物薄膜晶體管(Metal Oxide Thin Film Transistor,MOTFT)的制備。本文以旋涂法制備的介質(zhì)層和有源層為研究對象,通過采用疊層結(jié)構(gòu)的方式來解決傳統(tǒng)金屬氧化物介質(zhì)層和有源層所面臨的問題,進而實現(xiàn)高性能的疊層介質(zhì)層和有源層。本文首先探究了疊層金屬氧化物介質(zhì)層的制備工藝。通過采用控制變量法,探索出了薄膜各項參數(shù)隨退火溫度和溶液濃度的變化規(guī)律,實現(xiàn)了旋涂法制備的性能可調(diào)的Al_2O_3/ZrO_2疊層介質(zhì)層。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Al_2O_3的含量超過50%時,疊層介質(zhì)層的各項性能趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài),不會隨各組分含量的變化產(chǎn)生較大的波動;當(dāng)Al_2O_3含量低于50%時,隨著ZrO_2的含量從50%變化至100%,疊層介質(zhì)層的光學(xué)禁帶寬度、介電強度、電容密度以及介電常數(shù)的變化量分別達到了0.482 eV、2.12 MV cm~(-1)、135.35 nF cm~(-2)、11.64,介質(zhì)層的性能具有很大的調(diào)控空間。與此同時,還發(fā)現(xiàn)增加疊層數(shù)量可以有效阻斷薄膜中的晶界,進而提高介質(zhì)層的介電強度。基于上述疊層介質(zhì)層的制備方法,接下來進行了疊層有源層的研究。鑒于溶液法與真空法的區(qū)別,本文提出了一種In_2O_3/In_xM_yO_z結(jié)構(gòu)的疊層有源層。通過對不同絕緣材料的嘗試,最終探索出了性能較為理想的In_2O_3/In_xAl_yO_z-TFT。經(jīng)過優(yōu)化,其閾值電壓為2.69 V,開關(guān)電流比為6.54×10~7,亞閾值擺幅為0.4V dec~(-1),載流子遷移率為1.37 cm~2V~(-1) s~(-1)。同時,其相對于In_2O_3-TFT具有更好的正偏壓穩(wěn)定性,其在PBS測試中閾值電壓的正漂移量僅為2 V,相對于In_2O_3-TFT的20 V具有明顯的改善,但負偏壓穩(wěn)定性的改善并不明顯。之后嘗試通過構(gòu)建In_2O_3/In_xAl_yO_z/Al_2O_3結(jié)構(gòu)的有源層,通過背溝道Al_2O_3進一步抑制In_2O_3中類施主雜質(zhì)產(chǎn)生的電子,但結(jié)果不是很理想,還需在后續(xù)實驗中不斷完善。
【圖文】：

第一章 緒論在制備工藝方面，溶液法因其成本低，操作簡單而得到了廣泛的研究。如圖 1-1 b)所示，旋涂法的報道數(shù)量呈逐年增長的趨勢（旋涂法制備介質(zhì)層），其主要原理是利用轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，甩出滴在轉(zhuǎn)子上多余的溶液，進而形成均勻的薄膜[28]。薄膜的厚度取決于前驅(qū)體的粘度、溶液的濃度以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。噴霧熱結(jié)法與旋涂法類似，其通過噴頭將前驅(qū)體噴涂在預(yù)熱的襯底上，各組分之間經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后成膜[29]，該技術(shù)的獨特之處在于可以制備非平面的結(jié)構(gòu)，如臺階、溝槽和疊層。同樣，印刷工藝也被用于氧化物薄膜的制備。不同的打印技術(shù)對墨水參數(shù)的要求不同，且不同打印機和墨水制備的薄膜在分辨率和厚度上也具有一定的差異。目前，業(yè)內(nèi)公認地與印刷法相關(guān)地重要參數(shù)包括分辨率、精度、均勻性、產(chǎn)率、墨水與打印器件的兼容性以及襯底的親水性等[30]。

和工作原理都和場效應(yīng)管（MOSFET）類似，其中柵極結(jié)構(gòu)。通過在柵極上施加電壓 VGS，在柵極電介質(zhì)中產(chǎn)源層界面之間產(chǎn)生一載流子層，稱為溝道層。通過改變道的厚度，進而達到控制源漏電流的目的。例如，，對 N），柵極金屬層在 VGS作用下將聚集正電荷，而半導(dǎo)體層動的帶負電的空間電荷區(qū)；隨著 VGS的增大，該空間電體中的自由電子將被電場吸附到該空間電荷區(qū)與介質(zhì)層 N 型薄層稱為反型層，反型層的出現(xiàn)形成了源-漏電極的柵-源電壓稱為閾值電壓 Vth）；當(dāng) VGS>Vth且保持不變就會產(chǎn)生溝道電流 IDS；隨著 VDS的增大，導(dǎo)電溝道沿超過 VGS時，導(dǎo)電溝道就會夾斷。此時，IDS幾乎不隨。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN321.5

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本文編號：2678352