為了適應(yīng)大尺寸高分辨率顯示的技術(shù)需求,研究并開發(fā)用于非晶銦鎵鋅氧（a-IGZO）薄膜晶體管（TFT）陣列的低電阻電極非常關(guān)鍵。本文采用磁控濺射制備的金屬銀為源漏電極,設(shè)計并制作了底柵結(jié)構(gòu)的a-IGZO TFT器件。實驗發(fā)現(xiàn),具有單層銀源漏電極的器件電學(xué)特性較差,這是因為銀與a-IGZO之間不能形成良好的歐姆接觸。另一方面,通過增加鈦中間層而形成的Ag/Ti電極在保持低電阻的同時能夠有效阻止銀原子擴散并與a-IGZO形成較好的接觸狀態(tài)。最終制備的以Ag/Ti為源漏電極的a-IGZO TFT具有明顯改善的電學(xué)特性,場效應(yīng)遷移率為1.73cm²/V·s,亞閾值擺幅2.8V/（°）,開關(guān)比為2×10⁷,由此證明了磁控濺射制備的銀電極具有應(yīng)用于非晶氧化物薄膜晶體管的實際潛力。 

【文章來源】：液晶與顯示. 2016,31(04)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

圖１本研究采用的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓ

ＴＦＴ器件轉(zhuǎn)移特性曲線如圖２所示。單層銀電極ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ雖然出現(xiàn)了較為明顯的轉(zhuǎn)移特性，但是開態(tài)電流（Ｉｏｎ）較小，只有１０－５Ａ左右，閾值電壓（Ｖｔｈ）過大（＞２０Ｖ），場效應(yīng)遷移率（μＦＥ）只有０．７７ｃｍ２／Ｖ獉ｓ。由此可見，單層銀電極器件的電學(xué)特性很不理想，這是因為銀源漏電極與ａ－ＩＧＺＯ有源層之間并沒有形成有效的歐姆接觸的緣故；因為接觸電阻過大，所以加在源漏電極間的電壓大部分損失在接觸電阻上，從而惡化了ＴＦＴ器件的電學(xué)性能。根據(jù)報道，在器件退火時金屬銀會與ａ－ＩＧＺＯ有源層中的氧元素結(jié)合并形成金屬銀氧化物（ＡｇＯｘ）［７］，而ＡｇＯｘ電阻率在１０－２～１０８Ω獉ｃｍ之間，屬于絕緣體；這層絕緣的ＡｇＯｘ分布在銀與ａ－ＩＧＺＯ有源層之間，阻斷銀源漏電極與ａ－ＩＧＺＯ有源層的接觸，從而導(dǎo)致銀電極與ａ－ＩＧＺＯ有源層接觸電阻過大。此外，金屬銀離子的擴散作用非常明顯［８］。當(dāng)銀電極直接與ａ－ＩＧＺＯ有源層接觸時，源漏電極中的銀離子很容易通過擴散進(jìn)入ａ－ＩＧＺＯ有源層；滲透到ａ－ＩＧＺＯ的離子會充當(dāng)導(dǎo)帶下的受主俘獲態(tài)［９］，這也是造成銀電極ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ場效應(yīng)遷移率低的一個原因。圖２單層銀源漏電極ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的轉(zhuǎn)移特性曲線Ｆｉｇ．２Ｔｒａｎｓｆｅｒｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈｓｉｎ－ｇｌｅ－ｌａｙｅｒＡｇｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ由此可見，金屬銀與ａ－ＩＧＺＯ有源層直接接觸制備ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ器件并不

同；金屬Ｔｉ的氧元素結(jié)合能很低（低于ａ－ＩＧＺＯ中Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ以及Ｇａ２Ｏ３的結(jié)合能量［１１］），因此Ｔｉ在退火過程中更容易與ａ－ＩＧ－ＺＯ有源層中的氧元素相結(jié)合并形成氧化物，從而在Ｓ／Ｄ電極與有源層之間形成有效的歐姆接觸；同時，氧化鈦的形成直接阻止了銀與ａ－ＩＧＺＯ中氧元素的接觸，從根本上抑制了氧化銀的形成�；谏鲜隹紤]，我們最終設(shè)計了用于ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ的新型源漏電極－銀／鈦（Ａｇ／Ｔｉ）結(jié)構(gòu)，如圖３所示。圖３采用Ａｇ／Ｔｉ源漏電極的ａ－ＩＧＺＯＴＦＴ結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．３ａ－ＩＧＺＯＴＦＴｓｗｉｔｈＡｇ／Ｔｉｓｏｕｒｃｅ／ｄｒａｉｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ根據(jù)上述討論，銀／鈦電極既能改善金屬銀與ａ－ＩＧＺＯ有源層的接觸特性，同時也能阻止銀離子的擴散，但其是否能保持單層銀電極的低阻值特性還有待考證。為此，我們對銀／鈦結(jié)構(gòu)電極的電學(xué)特性進(jìn)行了測量和分析；銀、鈦、銀／鈦電極薄膜電阻分別使用四探針法進(jìn)行測量，實驗結(jié)果如表２所示。因為金屬鈦本身電阻率高，所以真空濺射成膜的金屬鈦膜電阻很大，但由于Ａｇ／Ｔｉ電極中主要導(dǎo)電的是銀薄膜，所以最終制備的Ａｇ／Ｔｉ電極薄膜電阻（０．３５Ω／□）較之單層銀電極（０．２４Ω／□）增加并不顯著，保持了單層銀電極的低阻值特性。３７７第４期吳崎，等：非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管銀／鈦源漏電極的研究

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3590457