【摘要】：薄膜晶體管(TFT)是當(dāng)今平板顯示領(lǐng)域中不可或缺的電子元器件之一。隨著顯示技術(shù)向著大尺寸、超高分辨率、3D顯示等方向不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的a-Si TFT因其遷移率低而p-Si TFT因其大面積制備均勻差等缺點(diǎn)而難以滿足其發(fā)展需求。氧化物薄膜晶體管因其具有較高的遷移率、良好的透明性、大面積制備均勻性好等優(yōu)點(diǎn)而被人們寄予了厚望。在氧化物薄膜晶體管中,以InZnO、InGaZnO、HfInZnO為代表的含In的InZnO基薄膜晶體管最受人關(guān)注并被廣泛地研究,這是因?yàn)橄鄬?duì)于其它不含In的氧化物薄膜晶體管來(lái)說(shuō),In的加入常常使他們具有更高的遷移率,然而In、Ga屬于稀有金屬,其資源有限、價(jià)格昂貴。鑒于此,人們?yōu)榱双@得高遷移率的薄膜晶體管的同時(shí)降低原料成本以滿足顯示技術(shù)發(fā)展的需求而正在進(jìn)行積極地研究探索,本論文開(kāi)展了如下的研究工作:(1)用Sn替代In,利用磁控濺射成功地制備了底柵交疊結(jié)構(gòu)的無(wú)In的ZnSnO TFT,研究了活性層厚度、退火溫度、氧氣流量以及氬氣流量對(duì)ZnSnO TFT性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)活性層厚度為46nm、退火溫度為600℃、氧氣流量為3sccm、氬氣流量為30sccm時(shí),ZnSnO TFT具有最佳的器件性能,其遷移率為36.4 cm2v-1s-1、開(kāi)關(guān)比為9.7×107、閾值電壓為3.2V。(2)利用磁控濺射成功地制備了N摻雜的ZnSnO TFT,研究了活性層厚度、退火溫度、氧氣流量以及濺射功率對(duì)N摻雜的ZnSnO TFT性能的影響,并探究了該器件放置于空氣中的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)活性層厚度為59nm、退火溫度為635℃、氧氣流量為0sccm、濺射功率為100W時(shí),N摻雜的ZnSnO TFT具有最佳的器件性能,其遷移率為42.8 cm2v-1s-1、開(kāi)關(guān)比為1.9×109、閾值電壓為2.8V。將該器件放置空氣中90天后,仍保持著較好的性能,其遷移率為36.1 cm2v-1s-1,開(kāi)關(guān)比為1.9×106,閾值電壓為-1.0V。(3)將Li和N同時(shí)引入到ZnSnO體系中,利用磁控濺射成功地制備了Li、N共摻雜的ZnSnO TFT,研究了活性層厚度、退火溫度以及氧氣流量對(duì)Li、N共摻雜的ZnSnO TFT性能的影響,并探究了該器件放置于空氣中的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氧氣流量為Osccm下制備的54nm厚的活性層經(jīng)過(guò)675℃退火后,Li、N共摻雜的ZnSnO TFT展現(xiàn)了最佳的器件性能,其遷移率為26.8 cm2v-1s-1、開(kāi)關(guān)比為4.5×107、閾值電壓為6.0V;將該器件放置在空氣中90天后,器件的性能輕微下降,其遷移率為24.5 cm2v-1s-1,開(kāi)關(guān)比為9.3×105,閾值電壓為3.0V。
【圖文】：

逡逑對(duì)稱的ｎｓ軌道將形成較大的直接重疊區(qū)（如圖１－１），這為電子的傳輸提供了良好的逡逑導(dǎo)電路徑，同時(shí)重疊區(qū)的大小幾乎不受金屬－氧－金屬化學(xué)鍵的歪曲程度的影響，使逡逑得非晶態(tài)的金屬氧化物薄膜仍然具有與結(jié)晶態(tài)的金屬氧化物薄膜相似的電子遷移逡逑率［？。Ｎｏｍｕｒａ等人的這一研究成果引發(fā)了人們大量關(guān)注，為氧化物薄膜晶體管從逡逑一元金屬氧化物向著多元金屬氧化物、從結(jié)晶態(tài)金屬氧化物向著非晶態(tài)金屬氧化逡逑物薄膜晶體管的發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)。隨后，以ＺｎＯ半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，主要含有逡逑Ｉｎ、Ｇａ、Ｈｆ等稀有金屬元素的多元金屬氧化物半導(dǎo)體被大量地研究并應(yīng)用于ＴＦＴ逡逑中。為了改善其中某些多元金屬氧化物ＴＦＴ的器件性能，Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｉ？等元素也被逡逑用于其中表１－３展示了一些近些年來(lái)與之相關(guān)的具有代表性的研究成果。從逡逑表１－３所展示的相關(guān)文獻(xiàn)資料中可以看出，，Ｉｎ、Ｇａ、Ｈｆ的使用提高了邋ＺｎＯ邋ＴＦＴ的逡逑電學(xué)性能。逡逑Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ邐Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ逡逑圖１－丨金屬氧化物半導(dǎo)體中的電子的傳輸路徑示意圖逡逑Ｆ

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｅｎｅｒｇｙ邋ｂａｎｄ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ｉｄｅａｌ邋ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ邋ＴＦＴ邋（ａ）邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，邋（ｂ）邋ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ，逡逑（ｃ）ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑圖１－２展示了理想情況下的ｎ溝道薄膜晶體管的能帶圖。當(dāng)柵極與半導(dǎo)體之沒(méi)逡逑有施加電壓時(shí)，即ＶＧＳ＝０，靠近絕緣層的半導(dǎo)體表面處的能帶不會(huì)發(fā)生彎曲（如圖逡逑１－２邋（ａ）所示），此時(shí)處于熱平衡狀態(tài)下的半導(dǎo)體體內(nèi)的電子濃度處處相同，有效逡逑電荷面密度為零；當(dāng)柵極與半導(dǎo)體之間施加負(fù)壓時(shí)，即ＶＧＳ＜０，靠近絕緣層的半導(dǎo)逡逑體表面處的能帶向上彎曲（如圖１－２邋（ｂ）所示），表面處的電子濃度比體內(nèi)電子逡逑濃度低，表面處的電子被耗盡，形成了一個(gè)很薄的耗盡層；當(dāng)柵極與半導(dǎo)體之間逡逑施加正壓時(shí)，即Ｖｃ；ｓ＞０，靠近絕緣層的半導(dǎo)體表面處的能帶向下彎曲（如圖１－２邋（ｂ）逡逑所示），越靠近表面電子濃度越高，電子在表面處堆積形成了一個(gè)很薄的電子積逡逑累層；當(dāng)柵極與半導(dǎo)體之間施加的正壓進(jìn)一步增大時(shí)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN321.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2694678