自2003年細野秀雄教授發(fā)現(xiàn)并首次應(yīng)用非晶態(tài)的氧化銦稼鋅薄膜材料(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide,a-IGZO)制備薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT)以來,a-IGZO TFT憑借其高遷移率、可見光區(qū)透明及非晶態(tài)結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)勢,被認為是可應(yīng)用于大尺寸顯示及柔性顯示領(lǐng)域的下一代薄膜晶體管材料。本論文主要研究基于復(fù)合絕緣層的a-IGZO TFT器件制備工藝對器件性能的影響,其中包括單Al_2O_3絕緣層與單聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)絕緣層的a-IGZO TFT器件制備工藝,Al_2O_3與PMMA復(fù)合絕緣層的制備工藝,以及有源層制備條件對復(fù)合絕緣層a-IGZO TFT器件性能的影響,具體內(nèi)容為:(1)首先研究了氧分壓和濺射功率對a-IGZO薄膜表面形貌及導(dǎo)電性能的影響,以獲得制備TFT所采用的a-IGZO濺射工藝條件。結(jié)果表明:氧分壓范圍從0%到4%時,電阻率隨氧分壓升高而顯著增大,表面粗糙度均方根值(Root Mean Square,RMS)則是先下降后升高,在2%時達到最優(yōu);濺射功率范圍從120W到210W時,電阻率與表面粗糙度均隨濺射功率升高而下降,但變化幅度較小,在180W以后不再出現(xiàn)明顯變化。綜合分析從而得出了a-IGZO薄膜的最佳制備工藝為氧分壓2%,濺射功率180W。(2)在確定IGZO制備工藝的基礎(chǔ)上,分別研究了基于反應(yīng)磁控濺射法制備Al_2O_3絕緣層和旋涂法制備PMMA絕緣層的a-IGZO TFT器件。針對單Al_2O_3絕緣層器件,改變氧分壓從16%到28%,分析得出氧分壓為20%時制備的Al_2O_3薄膜表現(xiàn)出較好的絕緣性能,器件的關(guān)態(tài)漏電流降到10-7A量級的同時載流子遷移率提高至1.41cm2/V·s;隨后基于單PMMA絕緣層,研究旋涂的速率對薄膜厚度及對應(yīng)TFT器件的影響,旋涂法制備的薄膜表面粗糙度均小于0.5nm,遠小于反應(yīng)濺射Al_2O_3的結(jié)果,對應(yīng)的TFT器件的關(guān)態(tài)性能較好,最小關(guān)態(tài)電流達到了10-9A,相比Al_2O_3下降了2個數(shù)量級,但器件的飽和輸出能力較差。(3)通過分析單絕緣層器件的優(yōu)缺點,研究基于Al_2O_3和PMMA復(fù)合絕緣層的a-IGZO TFT器件與單絕緣層器件的性能對比,以及改變有源層濺射功率對復(fù)合絕緣層器件的影響。結(jié)果表明復(fù)合絕緣層可以有效降低器件的關(guān)態(tài)電流和亞閾值擺幅,開關(guān)比提升了近10倍,性能得到提升;通過對濺射功率的研究發(fā)現(xiàn),隨著濺射功率的提高,器件性能呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,功率為180W時的器件性能最好,載流子遷移率達到了1.23cm2/V·s,開關(guān)比為3×104,亞閾值擺幅降低到4.4V/dec。(4)最后研究了導(dǎo)電a-IGZO緩沖層對復(fù)合絕緣層TFT器件的影響。發(fā)現(xiàn)通過添加一層3nm厚的導(dǎo)電性a-IGZO緩沖層,器件的開態(tài)漏電流提高了一個數(shù)量級,同時關(guān)態(tài)漏電流下降了一個數(shù)量級,開關(guān)比提升到3.8×106,載流子遷移率提高到4.32cm2/V·s,是無緩沖層器件的3.43倍,閾值電壓下降了36%,亞閾值擺幅降低至1V/dec。表明了a-IGZO緩沖層同樣具有改善溝道界面性能的作用。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TN321.5;TB383.2
【部分圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文并首次應(yīng)用在柔性 TFT 制作上，研究結(jié)果 PLD 法在室溫氧氣環(huán)境下沉積 a-IGZO 薄膜 IGZO4（In:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9）材料。雖然制 IGZO TFT 下降了許多，但也仍達到了 8.3 .6V，并且在器件彎曲之后仍保持性能下降不T 的結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。

和襯底之間加直流電源，所需的功率較小，通常在 100W~200W 左右；反應(yīng)磁控濺射用來制備氧化鋁絕緣層薄膜，同樣是直流電源，但所需功率較高（800W~900W）。二者都可以通過調(diào)節(jié)濺射氣體的比例（如 Ar：O2），來控制薄膜的質(zhì)量。其中直流磁控濺射設(shè)備控制系統(tǒng)如圖 2-4 所示，圖 2-3 磁控濺射原理示意圖S NAr+Ar+e-e-ArAre-e-MMM等離子體真空腔二次電子體正極固態(tài)靶材M沉積薄膜基座擋板O2

第二章 薄膜晶體管的相關(guān)理論、制備與表征方法3×10-2torr 以下，打開 LM 和 PM 腔的連接閘門，待兩側(cè)氣壓平衡以后，使用 manualmove（傳送指令）將基板從 LL 腔移動至 PM 腔的載物臺上。然后依次進行編譯濺射參數(shù)指令、打開直流磁控電源、測試濺射氣體等步驟。本設(shè)備可以供編譯的參數(shù)有濺射功率、濺射時間、濺射氣體比例（Ar：O2）、靶基距和腔體穩(wěn)定氣壓等參數(shù)。濺射完成后，首先關(guān)閉磁控電源，再通過傳送指令將基板傳送回 LL 腔體，使用 Vent 指令對 LM 腔充入 N2，直至腔內(nèi)與大氣氣壓平衡，才能取出基板。如圖 2-5 所示為反應(yīng)磁控濺射設(shè)備控制系統(tǒng)。該設(shè)備包含若干腔室，其中需要使用的部分為 LM 腔（緩存腔）、TM 腔（傳送腔）、SP 腔（反應(yīng)濺射腔）。TM 腔與 SP 腔在使用時氣壓維持在 10-7torr 以下。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 曹明杰;趙明;莊大明;郭力;歐陽良琦;孫汝軍;詹世璐;;磁控濺射制備Nb摻雜IZO薄膜光電學(xué)性能研究[J];材料研究學(xué)報;2016年09期

2 陳向真;;平板顯示技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];光電子技術(shù);2008年01期

本文編號：2819706