【摘要】：目前,隨著市場(chǎng)上曲面屏、大尺寸顯示面板的出現(xiàn),顯示技術(shù)對(duì)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(guān)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(nèi)高透過率、高場(chǎng)效應(yīng)遷移率、高電流開關(guān)比、低亞閾值擺幅等特點(diǎn),如果將其應(yīng)用到顯示技術(shù)中將可以實(shí)現(xiàn)高清晰度、高對(duì)比度、高畫質(zhì)顯示面板的制作。但氧化物在實(shí)際應(yīng)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(guó)內(nèi)外對(duì)該材料以相關(guān)器件的報(bào)道不多,其制備工藝和性能需要進(jìn)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(diào)整有源層的制備參數(shù)以及改變?cè)绰╇姌O材料,改善TFT的穩(wěn)定性及微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和電學(xué)性能。(1)分別在0、2、4、6、8和10 mL/min的氮?dú)饬髁織l件下制備了 ITZO薄膜和相應(yīng)的TFT。結(jié)果表明:在不同氮?dú)饬髁肯轮苽涞腎TZO薄膜均為非晶結(jié)構(gòu),其在可見光范圍內(nèi)的平均透過率約90%,光學(xué)帶隙值為3.28-3.32 eV。適量氮?dú)鈸诫s可以填補(bǔ)TFT中的氧空位,起到鈍化作用,優(yōu)化TFT的電學(xué)性能,提高TFT的穩(wěn)定性。但如果氮?dú)饬髁窟^高,則會(huì)引入氮相關(guān)的缺陷態(tài),使器件性能劣化。實(shí)驗(yàn)證明,最優(yōu)氮?dú)饬髁繛? mL/min,該條件下制備的TFT電學(xué)性能最優(yōu),并在柵極正偏壓應(yīng)力測(cè)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(cè)試發(fā)現(xiàn)隨著有源層厚度的增大,薄膜由非晶態(tài)向結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變,膜層中出現(xiàn)InN(002)微晶。有源層厚度太薄時(shí),薄膜成膜質(zhì)量欠佳,從而導(dǎo)致TFT中存在較多缺陷態(tài);有源層厚度≥45 nm時(shí),薄膜中的InN晶粒引起的晶界散射會(huì)降低TFT的載流子遷移率。在有源層厚度為35 nm時(shí),TFT的電學(xué)性能最佳,μFE高達(dá)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(cè)試結(jié)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(nèi)平均透過率約90%。綜合分析薄膜和TFT的各項(xiàng)性能發(fā)現(xiàn),在濺射功率為60 W時(shí),ITZO:N有源層均勻致密,器件電學(xué)性能最佳。濺射功率過高會(huì)導(dǎo)致成膜質(zhì)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(duì)ITZO:N TFT電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Al和ITO薄膜相比,Al薄膜中存在的孔洞和大顆粒,會(huì)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(yīng),形成AlOx高阻層,阻礙載流子遷移,降低TFT的開關(guān)比,劣化TFT性能。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN321.5
【圖文】：

攝影測(cè)量、航空航天等領(lǐng)域，是全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支柱產(chǎn)業(yè)［Ｍ］。美國(guó)、中國(guó)、日逡逑本、韓國(guó)和德國(guó)等國(guó)家是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地和主要消費(fèi)市場(chǎng)，從半導(dǎo)體產(chǎn)逡逑業(yè)誕生至今，經(jīng)歷了多次結(jié)構(gòu)調(diào)整和兩次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，列于圖１－１中。隨著人們對(duì)逡逑日常生活中使用的電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)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(shí)現(xiàn)大面積逡逑制成等特點(diǎn)，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(dǎo)通時(shí)，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(nèi)透過率高、高遷移率和高載流逡逑子濃度等優(yōu)點(diǎn)。特別的，作為ｎ型半導(dǎo)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(yùn)動(dòng)形成的導(dǎo)帶［３４，３５］。如圖１－３，區(qū)別于結(jié)晶氧逡逑化物，非晶ＩＴＺＯ的載流子傳輸軌道發(fā)散性強(qiáng)、對(duì)稱性高，并且ＩＴＺＯ材料中ｌｎ２０３逡逑和Ｓｎ０２兩種成分的電子結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)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(shí)，Ｚｎ／Ｓｎ共摻到ｌｎ２０３中，逡逑使ＩＴＺＯ非晶薄膜局部結(jié)構(gòu)中存在晶格畸變，形成了氧空位和（Ｓｎｉｎ）’絡(luò)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(jié)晶的作用

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