【摘要】：目前,隨著市場上曲面屏、大尺寸顯示面板的出現(xiàn),顯示技術對薄膜晶體管(TFT)的性能提出了越來越高的要求。因此TFT也朝著多元化的方向發(fā)展。多元氧化物TFT由于不同元素之間摻雜表現(xiàn)出特殊的性能,備受研究人員的關注。氧化銦錫鋅(ITZO)材料是制備TFT有源層的熱門材料之一,以ITZO作為有源層的TFT具有可見光范圍內高透過率、高場效應遷移率、高電流開關比、低亞閾值擺幅等特點,如果將其應用到顯示技術中將可以實現(xiàn)高清晰度、高對比度、高畫質顯示面板的制作。但氧化物在實際應用過程中穩(wěn)定性較差,并且ITZO是近幾年才被研發(fā)的一種多元氧化物材料,目前國內外對該材料以相關器件的報道不多,其制備工藝和性能需要進一步探索。因此,本文利用射頻磁控濺射工藝制備ITZO基的TFT,采用氮鈍化氧空位的方式優(yōu)化TFT的性能,通過調整有源層的制備參數(shù)以及改變源漏電極材料,改善TFT的穩(wěn)定性及微觀結構、光學性能和電學性能。(1)分別在0、2、4、6、8和10 mL/min的氮氣流量條件下制備了 ITZO薄膜和相應的TFT。結果表明:在不同氮氣流量下制備的ITZO薄膜均為非晶結構,其在可見光范圍內的平均透過率約90%,光學帶隙值為3.28-3.32 eV。適量氮氣摻雜可以填補TFT中的氧空位,起到鈍化作用,優(yōu)化TFT的電學性能,提高TFT的穩(wěn)定性。但如果氮氣流量過高,則會引入氮相關的缺陷態(tài),使器件性能劣化。實驗證明,最優(yōu)氮氣流量為4 mL/min,該條件下制備的TFT電學性能最優(yōu),并在柵極正偏壓應力測試中,該TFT表現(xiàn)出最優(yōu)的穩(wěn)定性。(2)制備ITZO:N有源層厚度為15、25、35、45和55 nm的TFT,測試發(fā)現(xiàn)隨著有源層厚度的增大,薄膜由非晶態(tài)向結晶態(tài)轉變,膜層中出現(xiàn)InN(002)微晶。有源層厚度太薄時,薄膜成膜質量欠佳,從而導致TFT中存在較多缺陷態(tài);有源層厚度≥45 nm時,薄膜中的InN晶粒引起的晶界散射會降低TFT的載流子遷移率。在有源層厚度為35 nm時,TFT的電學性能最佳,μFE高達17.53 cm2/(V·s),Ion/off高于 106,SS為0.36 V/dec。(3)分別在50、60、70和80 W的濺射功率下制備了 ITZO:N TFT,測試結果表明:不同濺射功率制備的ITZO:N薄膜均為非晶態(tài),其在可見光范圍內平均透過率約90%。綜合分析薄膜和TFT的各項性能發(fā)現(xiàn),在濺射功率為60 W時,ITZO:N有源層均勻致密,器件電學性能最佳。濺射功率過高會導致成膜質量變差,缺陷態(tài)增多,器件性能下降。(4)在相同制備工藝參數(shù)下,分別使用ITO和A1作為TFT的源漏電極,研究了源漏電極材料對ITZO:N TFT電學性能的影響。實驗結果表明:Al和ITO薄膜相比,Al薄膜中存在的孔洞和大顆粒,會造成TFT中缺陷態(tài)的增大;此外,Al和ITZO:N有源層的界面處容易發(fā)生界面反應,形成AlOx高阻層,阻礙載流子遷移,降低TFT的開關比,劣化TFT性能。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN321.5
【圖文】：

攝影測量、航空航天等領域，是全球經(jīng)濟增長的支柱產(chǎn)業(yè)［Ｍ］。美國、中國、日逡逑本、韓國和德國等國家是全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地和主要消費市場，從半導體產(chǎn)逡逑業(yè)誕生至今，經(jīng)歷了多次結構調整和兩次產(chǎn)業(yè)轉移，列于圖１－１中。隨著人們對逡逑日常生活中使用的電腦、手機、數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品的要求日益提高，這類產(chǎn)品逡逑也在不斷地更新?lián)Q代。顯示器是電子產(chǎn)品與使用者之間的重要媒介，如今，以有逡逑源矩陣液晶顯亦器（Ａｃｔｉｖｅ邋Ｍａｔｒｉｘ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋Ｄｉｓｐｌａｙ，邋ＡＭＬＣＤ）和有源矩陣發(fā)逡逑光二極管（Ａｃｔｉｖｅ邋Ｍａｔｒｉｘ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ－ｄｉｏｄｅ邋Ｄｉｓｐｌａｙ，邋ＡＭＯ邋ＬＥＤ）為代表的逡逑平板顯示（Ｆｌａｔ邋Ｐａｎｅｌ邋Ｄｉｓｐｌａｙ，邋ＦＰＤ）因具有清晰度高、色彩逼真、容易實現(xiàn)大面積逡逑制成等特點，己逐漸取代傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器（Ｃａｔｈｏｄｅ－Ｒａｙ邋Ｔｕｂｅ，邋ＣＲＴ）。以逡逑ＡＭＬＣＤ為例，液晶具有作為光閥的優(yōu)良特性，通電導通時，液晶排列有序，使逡逑光線通過

圖１－２邋ＡＭＯＬＥＤ產(chǎn)業(yè)化朗逡逑

ＩＴＺＯ材料具有寬帶隙、可見光范圍內透過率高、高遷移率和高載流逡逑子濃度等優(yōu)點。特別的，作為ｎ型半導體，非晶ＩＴＺＯ材料的電子傳輸主要源于逡逑Ｉｎ３＋和Ｓｉｉ４＋最外層５ｓ軌道共有化運動形成的導帶［３４，３５］。如圖１－３，區(qū)別于結晶氧逡逑化物，非晶ＩＴＺＯ的載流子傳輸軌道發(fā)散性強、對稱性高，并且ＩＴＺＯ材料中ｌｎ２０３逡逑和Ｓｎ０２兩種成分的電子結構（ｎ－Ｕｄ＇ｓ１１中，ｎ＾；５，所以相鄰Ｉｎ３＋和Ｓｎ４＋的ｓ軌道逡逑相互重疊，這樣的軌道結構給載流子的傳輸提供了足夠大的空間，有利于電子的逡逑高速傳輸，使材料在非晶態(tài)也保持高遷移率［３５，３６］；同時，Ｚｎ／Ｓｎ共摻到ｌｎ２０３中，逡逑使ＩＴＺＯ非晶薄膜局部結構中存在晶格畸變，形成了氧空位和（Ｓｎｉｎ）’絡合物，它逡逑們是載流子產(chǎn)生源，提供了部分載流子，另外Ｓｎ４＋替位Ｉｎ３＋后，也能為ＩＴＺＯ材逡逑料提供載流子，如方程式（１－１）和（１－２）所示。因此ＩＴＺＯ具有較高的載流子濃度＾逡逑３８］。ＩＴＺＯ中的ＺｎＯ成分還起到抑制薄膜結晶的作用

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本文編號：2766850