基于濺射氧化鋁的銦鎵鋅氧雙電層薄膜晶體管
發(fā)布時(shí)間：2021-09-30 23:26
采用直流反應(yīng)磁控濺射制備出的氧化鋁質(zhì)子導(dǎo)體作為柵介質(zhì),采用射頻磁控濺射制備的銦鎵鋅氧（IGZO）和銦鋅氧（IZO）分別作為溝道和源漏電極,得到了由濺射方法制備的氧化物雙電層薄膜晶體管（TFT）。對(duì)氧化鋁柵介質(zhì)的基本性質(zhì)進(jìn)行了表征,論證了氧化鋁柵介質(zhì)厚度與漏電流之間的關(guān)系,得出隨著柵介質(zhì)厚度的增加,電場(chǎng)強(qiáng)度下降,離子漏電流也有所下降的結(jié)論;并對(duì)雙電層TFT進(jìn)行了特性曲線測(cè)試,在柵壓為-1～2 V時(shí)獲得的開關(guān)比為3.6×104,遷移率為15.5 cm2·V-1·s-1。最后通過改變測(cè)試環(huán)境的相對(duì)濕度,測(cè)試了雙電層TFT的濕度穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)移特性曲線中的源漏電流隨著濕度的下降總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì),并分析論證了該類器件性能參數(shù)受濕度影響的機(jī)理。
【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(01)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖1 雙電層TFT制備工藝流程圖
圖2為測(cè)得的氧化鋁薄膜厚度(d)與濺射時(shí)間(t)的關(guān)系曲線�？梢�,隨著t的增加,d近似呈線性增長(zhǎng)。這表明濺射工藝的沉積效率較為穩(wěn)定,其平均濺射速率約為3.5 nm/min。圖3所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)上測(cè)得的氧化鋁柵介質(zhì)的漏電流,圖中Vbias為偏置電壓。各條曲線對(duì)應(yīng)不同的柵介質(zhì)厚度。結(jié)合圖2可以看出,濺射1 h得到的氧化鋁(厚度約200 nm)的漏電流最高,并且該漏電流以近似線性的I-V關(guān)系經(jīng)過原點(diǎn),表現(xiàn)出歐姆特性。 這反映了濺射制備的氧化鋁薄膜中存在微結(jié)構(gòu)間隙,使其在進(jìn)一步濺射IZO導(dǎo)電電極層后易于形成電子導(dǎo)通通道。隨著濺射時(shí)間及氧化鋁薄膜厚度的增加,歐姆性漏電流得到充分抑制,漏電流持續(xù)降低。并且I-V曲線的形狀與濺射1 h氧化鋁薄膜的歐姆性漏電流曲線不同,而是表現(xiàn)出含離子?xùn)沤橘|(zhì)特有的不經(jīng)過原點(diǎn)且存在回滯的曲線形狀[20-22]。該曲線形狀是由離子形成的雙電層電容隨外加電壓變化時(shí)的充放電所形成的,并且隨著柵介質(zhì)厚度的增加,電場(chǎng)強(qiáng)度下降,離子電流的大小也有下降的趨勢(shì)�；谏鲜龇治�,在后續(xù)的TFT制備中采用了濺射3 h的氧化鋁薄膜,其厚度可以保證較低的TFT柵極漏電流。
圖3所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)上測(cè)得的氧化鋁柵介質(zhì)的漏電流,圖中Vbias為偏置電壓。各條曲線對(duì)應(yīng)不同的柵介質(zhì)厚度。結(jié)合圖2可以看出,濺射1 h得到的氧化鋁(厚度約200 nm)的漏電流最高,并且該漏電流以近似線性的I-V關(guān)系經(jīng)過原點(diǎn),表現(xiàn)出歐姆特性。 這反映了濺射制備的氧化鋁薄膜中存在微結(jié)構(gòu)間隙,使其在進(jìn)一步濺射IZO導(dǎo)電電極層后易于形成電子導(dǎo)通通道。隨著濺射時(shí)間及氧化鋁薄膜厚度的增加,歐姆性漏電流得到充分抑制,漏電流持續(xù)降低。并且I-V曲線的形狀與濺射1 h氧化鋁薄膜的歐姆性漏電流曲線不同,而是表現(xiàn)出含離子?xùn)沤橘|(zhì)特有的不經(jīng)過原點(diǎn)且存在回滯的曲線形狀[20-22]。該曲線形狀是由離子形成的雙電層電容隨外加電壓變化時(shí)的充放電所形成的,并且隨著柵介質(zhì)厚度的增加,電場(chǎng)強(qiáng)度下降,離子電流的大小也有下降的趨勢(shì)。基于上述分析,在后續(xù)的TFT制備中采用了濺射3 h的氧化鋁薄膜,其厚度可以保證較低的TFT柵極漏電流。頻率相關(guān)性以及低頻端較高的電容是雙電層電容的基本特征。圖4所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)的比電容(Cr)隨頻率(f)的變化曲線,濺射氧化鋁質(zhì)子導(dǎo)體柵介質(zhì)的單位面積電容在低頻端的20 Hz處達(dá)到了0.5 μF/cm-2。隨著頻率升高,單位面積電容開始緩慢下降,并且在接近10 kHz時(shí)出現(xiàn)陡坡式下降。電容下降的原因是由于信號(hào)頻率的增加使質(zhì)子無法及時(shí)響應(yīng)電場(chǎng)方向的切換,從而無法形成極化[23]。
本文編號(hào)：3416829
【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(01)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖1 雙電層TFT制備工藝流程圖
圖2為測(cè)得的氧化鋁薄膜厚度(d)與濺射時(shí)間(t)的關(guān)系曲線�？梢�,隨著t的增加,d近似呈線性增長(zhǎng)。這表明濺射工藝的沉積效率較為穩(wěn)定,其平均濺射速率約為3.5 nm/min。圖3所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)上測(cè)得的氧化鋁柵介質(zhì)的漏電流,圖中Vbias為偏置電壓。各條曲線對(duì)應(yīng)不同的柵介質(zhì)厚度。結(jié)合圖2可以看出,濺射1 h得到的氧化鋁(厚度約200 nm)的漏電流最高,并且該漏電流以近似線性的I-V關(guān)系經(jīng)過原點(diǎn),表現(xiàn)出歐姆特性。 這反映了濺射制備的氧化鋁薄膜中存在微結(jié)構(gòu)間隙,使其在進(jìn)一步濺射IZO導(dǎo)電電極層后易于形成電子導(dǎo)通通道。隨著濺射時(shí)間及氧化鋁薄膜厚度的增加,歐姆性漏電流得到充分抑制,漏電流持續(xù)降低。并且I-V曲線的形狀與濺射1 h氧化鋁薄膜的歐姆性漏電流曲線不同,而是表現(xiàn)出含離子?xùn)沤橘|(zhì)特有的不經(jīng)過原點(diǎn)且存在回滯的曲線形狀[20-22]。該曲線形狀是由離子形成的雙電層電容隨外加電壓變化時(shí)的充放電所形成的,并且隨著柵介質(zhì)厚度的增加,電場(chǎng)強(qiáng)度下降,離子電流的大小也有下降的趨勢(shì)�；谏鲜龇治�,在后續(xù)的TFT制備中采用了濺射3 h的氧化鋁薄膜,其厚度可以保證較低的TFT柵極漏電流。
圖3所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)上測(cè)得的氧化鋁柵介質(zhì)的漏電流,圖中Vbias為偏置電壓。各條曲線對(duì)應(yīng)不同的柵介質(zhì)厚度。結(jié)合圖2可以看出,濺射1 h得到的氧化鋁(厚度約200 nm)的漏電流最高,并且該漏電流以近似線性的I-V關(guān)系經(jīng)過原點(diǎn),表現(xiàn)出歐姆特性。 這反映了濺射制備的氧化鋁薄膜中存在微結(jié)構(gòu)間隙,使其在進(jìn)一步濺射IZO導(dǎo)電電極層后易于形成電子導(dǎo)通通道。隨著濺射時(shí)間及氧化鋁薄膜厚度的增加,歐姆性漏電流得到充分抑制,漏電流持續(xù)降低。并且I-V曲線的形狀與濺射1 h氧化鋁薄膜的歐姆性漏電流曲線不同,而是表現(xiàn)出含離子?xùn)沤橘|(zhì)特有的不經(jīng)過原點(diǎn)且存在回滯的曲線形狀[20-22]。該曲線形狀是由離子形成的雙電層電容隨外加電壓變化時(shí)的充放電所形成的,并且隨著柵介質(zhì)厚度的增加,電場(chǎng)強(qiáng)度下降,離子電流的大小也有下降的趨勢(shì)。基于上述分析,在后續(xù)的TFT制備中采用了濺射3 h的氧化鋁薄膜,其厚度可以保證較低的TFT柵極漏電流。頻率相關(guān)性以及低頻端較高的電容是雙電層電容的基本特征。圖4所示為ITO/氧化鋁/IZO結(jié)構(gòu)的比電容(Cr)隨頻率(f)的變化曲線,濺射氧化鋁質(zhì)子導(dǎo)體柵介質(zhì)的單位面積電容在低頻端的20 Hz處達(dá)到了0.5 μF/cm-2。隨著頻率升高,單位面積電容開始緩慢下降,并且在接近10 kHz時(shí)出現(xiàn)陡坡式下降。電容下降的原因是由于信號(hào)頻率的增加使質(zhì)子無法及時(shí)響應(yīng)電場(chǎng)方向的切換,從而無法形成極化[23]。
本文編號(hào)：3416829
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