激光對(duì)固態(tài)電解質(zhì)金屬氧化物薄膜晶體管性能的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-11-07 16:55
基于固態(tài)電解質(zhì)的金屬氧化物薄膜晶體管具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和優(yōu)異的電學(xué)性能,因而具有巨大的應(yīng)用潛力。針對(duì)傳統(tǒng)基于固態(tài)電解質(zhì)金屬氧化物薄膜晶體管調(diào)控方式工藝復(fù)雜、制備時(shí)間長(zhǎng)的問題,本文采用高k固態(tài)電解質(zhì)Ta2O5作為柵絕緣層,透明氧化銦錫（ITO）作為有源層以及源漏電極,在沉積半導(dǎo)體層和電極之前,利用飛秒激光對(duì)Ta2O5絕緣層薄膜進(jìn)行照射處理。探究了不同激光強(qiáng)度對(duì)固態(tài)電解質(zhì)金屬氧化物晶體管電學(xué)性能的影響。隨著激光強(qiáng)度的提高,晶體管的開態(tài)電流提高,閾值電壓負(fù)向漂移。同時(shí),本文進(jìn)一步探索了激光對(duì)固態(tài)電解質(zhì)晶體管突觸性能的影響,興奮性后突觸電流（EPSC）隨著激光強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。XPS測(cè)試表明,Ta2O5薄膜中氧空位含量增多,從而導(dǎo)致器件電導(dǎo)的變化。本文利用激光優(yōu)異的加工處理速度和對(duì)材料性能的精確控制,提出了一種簡(jiǎn)單、快速（<1s）、低溫（<45℃）地調(diào)控晶體管性能的方式。
【文章來源】：液晶與顯示. 2020,35(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
Ta2O5/ITO TFT結(jié)構(gòu)示意圖；（b）激光照射Ta2O5薄膜示意圖。
為了研究激光強(qiáng)度對(duì)Ta2O5薄膜表面的影響，本文研究了不同激光強(qiáng)度下的MOTFT特性。圖3展示了在激光掃描速率為500 mm/s時(shí)，不同激光強(qiáng)度下器件的IDS-VGS特性曲線。從圖中可以看到，在激光強(qiáng)度為263 mJ/cm2和358mJ/cm2時(shí)，開態(tài)電流有著明顯的差異。晶體管在柵壓VGS=5V、激光強(qiáng)度358 mJ/cm2時(shí)的開態(tài)電流（20.3μA）是激光強(qiáng)度263mJ/cm2時(shí)的開態(tài)電流（3.01μA）的近7倍，且關(guān)態(tài)電流也明顯增大。這表明在較高的激光強(qiáng)度下有更多的可移動(dòng)的離子，從而導(dǎo)致在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生較高的電子密度。同時(shí)，大量移動(dòng)離子的積累導(dǎo)致閾值電壓的負(fù)向漂移。我們采用了原子力顯微鏡（AFM）的tapping模式來表征Ta2O5薄膜的表面形貌，Ta2O5薄膜在無激光照射和激光強(qiáng)度為309mJ/cm2時(shí)的表面粗糙度均方根分別為0.854nm和0.680nm，如圖4(a）、（b）所示，由此可以得出激光照射對(duì)Ta2O5薄膜表面粗糙度沒有顯著影響。圖5為本文制備的Ta2O5絕緣層的C-V雙掃曲線，從該曲線中可以得到，在AC 1 MHz的頻率下150nm厚度的Ta2O5薄膜介電常數(shù)（κ）為21。圖4（a）無激光照射和（b）激光強(qiáng)度為309 mJ/cm2時(shí)Ta2O5薄膜的表面形貌
無激光照射和（b）激光強(qiáng)度為309 mJ/cm2時(shí)Ta2O5薄膜的表面形貌
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]柵介質(zhì)材料及尺寸對(duì)薄膜晶體管性能影響研究[J]. 裴智慧,秦國(guó)軒. 南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)). 2019(05)
[2]有機(jī)半導(dǎo)體薄膜空間電荷分布對(duì)晶體管性能影響的研究進(jìn)展[J]. 胡郁蓬,魯廣昊. 應(yīng)用化學(xué). 2019(08)
[3]退火溫度對(duì)ZnO薄膜晶體管電學(xué)性能的影響（英文）[J]. 覃金牛,溫喜章,馮武昌,許望穎,朱德亮,曹培江,柳文軍,韓舜,劉新科,方明,曾玉祥,呂有明. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版). 2019(04)
[4]非晶銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的制備及其光敏特性研究[J]. 陸清茹,李帆,黃曉東. 半導(dǎo)體光電. 2019(04)
[5]N,N-雙（2-羥乙基）-2-氨基乙磺酸鈉為擴(kuò)鏈劑的磺酸型聚氨酯水凝膠制備及性能[J]. 郭曉艷,程曉琪,張良良,黃毅萍,許戈文,鮑俊杰. 應(yīng)用化學(xué). 2019(06)
[6]表面修飾制備高性能薄膜晶體管[J]. 林廣慶,李鵬,王明暉,馮翔,張俊,熊賢風(fēng),邱龍臻,呂國(guó)強(qiáng). 液晶與顯示. 2013(04)
[7]金屬氧化物IGZO薄膜晶體管的最新研究進(jìn)展[J]. 劉翔,薛建設(shè),賈勇,周偉峰,肖靜,曹占峰. 現(xiàn)代顯示. 2010(10)
本文編號(hào)：3482215
【文章來源】：液晶與顯示. 2020,35(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
Ta2O5/ITO TFT結(jié)構(gòu)示意圖；（b）激光照射Ta2O5薄膜示意圖。
為了研究激光強(qiáng)度對(duì)Ta2O5薄膜表面的影響，本文研究了不同激光強(qiáng)度下的MOTFT特性。圖3展示了在激光掃描速率為500 mm/s時(shí)，不同激光強(qiáng)度下器件的IDS-VGS特性曲線。從圖中可以看到，在激光強(qiáng)度為263 mJ/cm2和358mJ/cm2時(shí)，開態(tài)電流有著明顯的差異。晶體管在柵壓VGS=5V、激光強(qiáng)度358 mJ/cm2時(shí)的開態(tài)電流（20.3μA）是激光強(qiáng)度263mJ/cm2時(shí)的開態(tài)電流（3.01μA）的近7倍，且關(guān)態(tài)電流也明顯增大。這表明在較高的激光強(qiáng)度下有更多的可移動(dòng)的離子，從而導(dǎo)致在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生較高的電子密度。同時(shí)，大量移動(dòng)離子的積累導(dǎo)致閾值電壓的負(fù)向漂移。我們采用了原子力顯微鏡（AFM）的tapping模式來表征Ta2O5薄膜的表面形貌，Ta2O5薄膜在無激光照射和激光強(qiáng)度為309mJ/cm2時(shí)的表面粗糙度均方根分別為0.854nm和0.680nm，如圖4(a）、（b）所示，由此可以得出激光照射對(duì)Ta2O5薄膜表面粗糙度沒有顯著影響。圖5為本文制備的Ta2O5絕緣層的C-V雙掃曲線，從該曲線中可以得到，在AC 1 MHz的頻率下150nm厚度的Ta2O5薄膜介電常數(shù)（κ）為21。圖4（a）無激光照射和（b）激光強(qiáng)度為309 mJ/cm2時(shí)Ta2O5薄膜的表面形貌
無激光照射和（b）激光強(qiáng)度為309 mJ/cm2時(shí)Ta2O5薄膜的表面形貌
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]柵介質(zhì)材料及尺寸對(duì)薄膜晶體管性能影響研究[J]. 裴智慧,秦國(guó)軒. 南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)). 2019(05)
[2]有機(jī)半導(dǎo)體薄膜空間電荷分布對(duì)晶體管性能影響的研究進(jìn)展[J]. 胡郁蓬,魯廣昊. 應(yīng)用化學(xué). 2019(08)
[3]退火溫度對(duì)ZnO薄膜晶體管電學(xué)性能的影響（英文）[J]. 覃金牛,溫喜章,馮武昌,許望穎,朱德亮,曹培江,柳文軍,韓舜,劉新科,方明,曾玉祥,呂有明. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版). 2019(04)
[4]非晶銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的制備及其光敏特性研究[J]. 陸清茹,李帆,黃曉東. 半導(dǎo)體光電. 2019(04)
[5]N,N-雙（2-羥乙基）-2-氨基乙磺酸鈉為擴(kuò)鏈劑的磺酸型聚氨酯水凝膠制備及性能[J]. 郭曉艷,程曉琪,張良良,黃毅萍,許戈文,鮑俊杰. 應(yīng)用化學(xué). 2019(06)
[6]表面修飾制備高性能薄膜晶體管[J]. 林廣慶,李鵬,王明暉,馮翔,張俊,熊賢風(fēng),邱龍臻,呂國(guó)強(qiáng). 液晶與顯示. 2013(04)
[7]金屬氧化物IGZO薄膜晶體管的最新研究進(jìn)展[J]. 劉翔,薛建設(shè),賈勇,周偉峰,肖靜,曹占峰. 現(xiàn)代顯示. 2010(10)
本文編號(hào)：3482215
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