氧化物薄膜晶體管(TFT)因其具有較高的載流子遷移率和良好的電學(xué)均一性,有望代替硅基TFT成為下一代顯示背板技術(shù)。但是目前商用型的氧化物TFT仍然存在著生產(chǎn)成本較高和穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。為了降低成本,且制備出高遷移率和良好穩(wěn)定性的高性能TFT器件,本文以基于溶液加工制備的摻雜氧化銦鋅(IZO)作為半導(dǎo)體層,研究了基于溶液法和燃燒合成法制備具有背溝道刻蝕結(jié)構(gòu)(BCE)的氧化銦錫鋅(ITZO)TFT的性能,以及溶液法制備Ln系稀土摻雜IZO半導(dǎo)體層對(duì)器件穩(wěn)定性的影響。具體工作如下:(1)實(shí)現(xiàn)BCE結(jié)構(gòu)的TFT能夠降低生產(chǎn)成本,而且BCE結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)小型精細(xì)化器件,有利于高分辨率顯示。本文通過(guò)溶液法制備ITZO薄膜,研究不同退火溫度下不同的In/Zn/Sn比例對(duì)有源刻蝕工藝和S/D刻蝕工藝中的刻蝕特性,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)In:Zn:Sn=1:1:2時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)BCE結(jié)構(gòu),并成功的制備出具有BCE結(jié)構(gòu)的ITZO薄膜晶體管。為了在低溫下制備高遷移率的TFT器件,采用燃燒合成法成功制備出高遷移率的ITZO TFT,遷移率達(dá)到了8.12 cm~2V~(-1)s~(-1),與傳統(tǒng)溶液法相比,器件遷移率提高了6倍以上,且具有良好的電流開(kāi)關(guān)比(4.5×10~7),較低的開(kāi)啟電壓(1.61 V)和較小的亞閾值擺幅(0.21 V dec~(-1))。通過(guò)對(duì)ITZO TFT不同溝道長(zhǎng)度性能和PBS穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn),燃燒合成法制備的ITZO TFT具有更高的短溝道性能,而且器件的PBS穩(wěn)定性更好。同時(shí)還研究了鈍化材料和薄膜沉積溫度對(duì)ITZO-Hacac TFT器件的影響,研究發(fā)現(xiàn)使用SiO_2薄膜作為鈍化層,且沉積溫度為250℃時(shí),器件電學(xué)性能優(yōu)異且遷移率最高。(2)氧化物TFT穩(wěn)定性對(duì)TFT在實(shí)際工作中尤為重要,我們采用溶液加工制備Ln-IZO薄膜晶體管,獲得良好穩(wěn)定性的TFT器件。我們研究了不同的摻雜濃度對(duì)器件的影響,研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增加,器件遷移率逐漸降低;還研究了Ln元素的電負(fù)性和原子半徑對(duì)器件的影響,研究表明Ln-IZO TFT的遷移率不僅與Ln元素的電負(fù)性有關(guān),還與Ln元素的原子半徑有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)Ln系元素的電負(fù)性越低,Ln-IZO TFT器件的遷移率越低;Ln系元素的原子半徑越低,Ln-IZO TFT器件的遷移率越高;最后我們還對(duì)比了IZO TFT和Yb-IZO TFT的穩(wěn)定性,結(jié)果表明Yb的摻雜能夠有效的改善器件的偏壓穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性以及光穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN321.5
【部分圖文】：

圖 1-1 氧化物 TFT 的四種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu) (a) 頂柵頂接觸，(b) 頂柵底接觸，(c) 底柵頂接觸和 (d) 底柵底接觸Fig. 1-1 Schematic illustration of oxide TFTs structure (a) top gate top contact, (b)top gatebottom contact, (c) bottom gate top contact and (d) bottom gate bottom contact底柵頂接觸結(jié)構(gòu)曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于 a-Si:H TFT 的制備，但是大多數(shù)氧化物半導(dǎo)體材料對(duì) S/D 刻蝕工藝中所采用的酸性刻蝕溶液較為敏感，即使是弱酸也可以侵蝕，因此在S/D 電極刻蝕時(shí)很容易損傷氧化物半導(dǎo)體有源層，從而影響 TFT 性能。為了避免該問(wèn)題，人們提出在氧化物半導(dǎo)體有源層上引入一層刻蝕阻擋層來(lái)保護(hù)有源層避免刻蝕液的損傷的辦法。根據(jù)是否具有刻蝕阻擋層又將 TFT 進(jìn)一步分為刻蝕阻擋層型 (ESL) 和背溝道刻蝕型 (BCE) 結(jié)構(gòu)。如圖 1-2 所示。

圖 1-3 TFT 器件工作原理圖Fig. 1-3 Schematic diagram of oxide TFTs氧化物 TFT 主要性能參數(shù)TFT 性能評(píng)估主要取決于以下幾個(gè)性能參數(shù)：(1) 載流子遷移率，(2) 開(kāi)啟電壓，(3電流開(kāi)關(guān)比，(4) 亞閾擺幅。這些性能參數(shù)主要從 TFT 的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線中提取。如圖 1-4 所示。

圖 1-3 TFT 器件工作原理圖Fig. 1-3 Schematic diagram of oxide TFTs氧化物 TFT 主要性能參數(shù)TFT 性能評(píng)估主要取決于以下幾個(gè)性能參數(shù)：(1) 載流子遷移率，(2) 開(kāi)啟電壓，(3)電流開(kāi)關(guān)比，(4) 亞閾擺幅。這些性能參數(shù)主要從 TFT 的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線中提取。如圖 1-4 所示。
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本文編號(hào)：2844594