本文關(guān)鍵詞：溶液法制備氧化鉿介電層及其在薄膜晶體管中的應(yīng)用

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【摘要】：隨著集成電路的發(fā)展,芯片的集成度越來越高,導(dǎo)致芯片中場效應(yīng)晶體管的特征尺寸逐漸減小。當(dāng)傳統(tǒng)的硅基晶體管的工藝節(jié)點達(dá)到0.13μm時,二氧化硅(SiO_2)介電層的厚度將減小到2.5 nm。隨著集成度的進(jìn)一步提高,SiO_2介電層的厚度將小于2 nm,此時電流隧穿效應(yīng)引起的漏電流將使場效應(yīng)晶體管無法正常工作。目前,為了解決這個問題,可以通過改變場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)或使用高k材料替代二氧化硅。薄膜晶體管(TFT)是場效應(yīng)晶體管的一種,是液晶顯示器(LCD)和有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)中的核心元件,本文將以TFT為例來探究溶液法制備的高k介電層對場效應(yīng)晶體管的影響。在眾多高k材料中,氧化鉿(HfO_x)具有較高的介電常數(shù)(25)和較大的禁帶寬度(5.8 eV),適合作為TFT的介電層材料。本文采用溶液法在硅片上制備出不同退火溫度的氧化鉿薄膜,并通過原子力顯微鏡(AFM),傅里葉紅外光譜(FT-IR)和X射線光電子能譜(XPS)等對不同退火溫度下的氧化鉿薄膜進(jìn)行表征。實驗發(fā)現(xiàn),退火溫度為500℃的氧化鉿薄膜表現(xiàn)出較好的絕緣特性,當(dāng)電場強(qiáng)度為4.5MV/cm時,漏電流密度仍低于1×10~(-9)A/cm~2。為了驗證溶液法制備的氧化鉿薄膜可以應(yīng)用于薄膜晶體管中,通過磁控濺射技術(shù)制備了氧化銦鋅(IZO)溝道層,集成了完整的TFT器件。通過測試IZO-HfO_x薄膜晶體管的電學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化鉿薄膜的退火溫度為500℃時薄膜晶體管的性能最好,其操作電壓為5 V,場效應(yīng)遷移率為36.9 cm~2/V s,閾值電壓為1.8 V,亞閾值擺幅為0.38 V/dec,器件的電流開關(guān)比為109。最后又對HfAlO_x混合介電層進(jìn)行了研究。本文實驗結(jié)果表明,溶液法制備的高k氧化鉿薄膜具有較好的介電特性,是TFT介電層的理想材料,這為將來大面積、低成本生產(chǎn)高性能TFT奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：薄膜晶體管 氧化鉿 介電層 溶液法
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN321.5
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 引言6-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 薄膜晶體管的研究背景8-12
• 1.1.1 薄膜晶體管的發(fā)展8-9
• 1.1.2 薄膜晶體管的應(yīng)用9-12
• 1.2 高k介電層的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排16-18
• 第二章 薄膜晶體管的原理與參數(shù)18-27
• 2.1 薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)與原理18-24
• 2.1.1 薄膜晶體管的基本結(jié)構(gòu)18-21
• 2.1.2 薄膜晶體管的工作原理21-23
• 2.1.3 薄膜晶體管中的載流子輸運23-24
• 2.2 薄膜晶體管的性能參數(shù)24-27
• 2.2.1 場效應(yīng)遷移率(μ_(FE))24-25
• 2.2.2 電流開關(guān)比(I_(on)/I_(off))25
• 2.2.3 閾值電壓(V_(TH))25-26
• 2.2.4 亞閾值擺幅(SS)26
• 2.2.5 最大界面態(tài)密度(N_s~(max))26-27
• 第三章 薄膜和器件的制備27-34
• 3.1 薄膜的制備工藝27-30
• 3.1.1 磁控濺射27-29
• 3.1.2 旋轉(zhuǎn)涂覆29
• 3.1.3 熱蒸發(fā)29-30
• 3.2 HfO_x薄膜的制備30-31
• 3.2.1 襯底清洗30-31
• 3.2.2 溶液配制31
• 3.2.3 旋轉(zhuǎn)涂覆31
• 3.2.4 薄膜退火31
• 3.3 IZO-HfO_x薄膜晶體管的制備31-33
• 3.3.1 器件結(jié)構(gòu)31-32
• 3.3.2 制備銦鋅氧半導(dǎo)體層32
• 3.3.3 制備電極32-33
• 3.3.4 器件退火33
• 本章小結(jié)33-34
• 第四章 薄膜及器件的性能測試34-46
• 4.1 薄膜的表征方法34-35
• 4.1.1 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)34
• 4.1.2 X射線衍射(XRD)34-35
• 4.1.3 原子力顯微鏡(AFM)35
• 4.2 氧化鉿薄膜的表征35-40
• 4.2.1 表面形貌35-36
• 4.2.2 透過率36-37
• 4.2.3 傅里葉變換紅外光譜37-38
• 4.2.4 X射線光電子能譜(XPS)38
• 4.2.5 漏電流特性38-39
• 4.2.6 電容特性39-40
• 4.3 IZO-HfO_x薄膜晶體管的性能測試40-42
• 4.4 HfAlO_x混合介電層研究42-45
• 4.4.1 HfAlO_x混合介電層的研究背景42
• 4.4.2 HfAlO_x混合介電層的制備42-43
• 4.4.3 HfAlO_x混合介電層的電學(xué)性質(zhì)43-45
• 本章小結(jié)45-46
• 第五章 工作總結(jié)與展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-52
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果52-53
• 致謝53-54

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;薄膜晶體管專業(yè)圖書介紹[J];液晶與顯示;2008年04期

2 ;新型雙柵薄膜晶體管研究取得進(jìn)步[J];傳感器世界;2011年10期

3 ;實驗性的薄膜晶體管[J];電子計算機(jī)動態(tài);1961年12期

4 吳茂林;;采用多晶硅的高壓薄膜晶體管[J];電子技術(shù);1989年11期

5 何曉陽;薄膜晶體管制作工藝的發(fā)展概況[J];半導(dǎo)體技術(shù);1997年02期

6 王偉,石家緯,郭樹旭,劉明大,全寶富;并五苯薄膜晶體管及其應(yīng)用[J];半導(dǎo)體光電;2004年04期

7 林明通;余峰;張志林;;氧化鋅基薄膜晶體管最新研究進(jìn)展[J];光電子技術(shù);2008年04期

8 楊小天;馬仙梅;朱慧超;高文濤;金虎;齊曉薇;高博;董秀茹;付國柱;荊海;王超;常遇春;杜國同;曹健林;;氧化鋅基薄膜晶體管制備與研究(英文)[J];電子器件;2008年01期

9 王雄;才璽坤;原子健;朱夏明;邱東江;吳惠楨;;氧化鋅錫薄膜晶體管的研究[J];物理學(xué)報;2011年03期

10 ;寧波材料所在新型雙電層薄膜晶體管領(lǐng)域取得新進(jìn)展[J];功能材料信息;2011年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 董桂芳;邱勇;;并五苯薄膜晶體管穩(wěn)定性研究[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

2 張群;;非晶氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的研究進(jìn)展[A];2013年廣東省真空學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

3 王喜章;染谷隆夫;胡征;陳懿;;n-和p-型有機(jī)半導(dǎo)體涂層對五并苯薄膜晶體管性能促進(jìn)效應(yīng)[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

4 焦兵兵;王東興;劉躍;趙洪;;有機(jī)半導(dǎo)體酞菁銅雙極薄膜晶體管制備與特性[A];第十三屆全國工程電介質(zhì)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

5 邱龍臻;;基于有機(jī)半導(dǎo)體納米線復(fù)合材料的薄膜晶體管[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 岳蘭;張群;;高遷移率Al-In-Zn-O氧化物薄膜晶體管的研究[A];中國真空學(xué)會2012學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2012年

7 曾祥斌;孫小衛(wèi);李俊峰;齊國鈞;;電場增強(qiáng)金屬誘導(dǎo)側(cè)向晶化制備多晶硅薄膜和薄膜晶體管[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

8 于愛芳;郜展;李宏宇;唐皓穎;江鵬;;濕化學(xué)法修飾的ZnO納米結(jié)構(gòu)薄膜晶體管的構(gòu)造及性能研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

9 李榮金;李洪祥;胡文平;朱道本;;一種并五苯類似物的微米晶及各向異性電荷傳輸[A];全國第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

10 蔡俊;陳偉;;基于PIC24FJ128DA210的TFT-LCD控制設(shè)計[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2014年會論文集[C];2014年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 吉通;通海高科將公開發(fā)行新股[N];中國工商報;2000年

2 鄭金武;國內(nèi)最大薄膜晶體管液晶顯示器件生產(chǎn)線建成[N];中國有色金屬報;2004年

3 羅清岳;非晶硅與多晶硅薄膜晶體管技術(shù)[N];電子資訊時報;2007年

4 本報記者 姜虹;秋逸盛：大尺寸面板難題已破[N];中華工商時報;2012年

5 中國軟件評測中心 中國計算機(jī)報測試實驗室 康健;Philips150x看過來[N];中國計算機(jī)報;2001年

6 中國計算機(jī)報測試實驗室 康健;“瘦”的魅力[N];中國計算機(jī)報;2000年

7 記者 劉霞;基于新型碳納米管的薄膜晶體管問世[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 強(qiáng)蕾;非晶半導(dǎo)體薄膜晶體管模型研究及參數(shù)提取[D];華南理工大學(xué);2015年

2 陳勇躍;氧化物電子材料及其在薄膜晶體管的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 于浩;基于雙層結(jié)構(gòu)InGaZnO/InGaZnO:N薄膜晶體管及憶阻器件的研究[D];東北師范大學(xué);2015年

4 武辰飛;非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管的器件物理研究[D];南京大學(xué);2016年

5 王槐生;薄膜晶體管器件在動態(tài)應(yīng)力下的退化研究[D];蘇州大學(xué);2016年

6 肖鵬;氧化物薄膜晶體管及其有源材料的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

7 卓明;基于金屬氧化物半導(dǎo)體的微納傳感器制備及其性能研究[D];湖南大學(xué);2015年

8 李彬;氧化銦基薄膜晶體管的制備與性能研究[D];北京交通大學(xué);2016年

9 姚綺君;基于氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管[D];清華大學(xué);2009年

10 袁龍炎;氧化鉿/氮氧化鉿柵介質(zhì)金屬氧化物薄膜晶體管的研制[D];武漢大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫汝杰;TiZnSnO非晶氧化物半導(dǎo)體薄膜制備及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 劉權(quán);SnO薄膜及其雙極性晶體管的性能調(diào)控[D];寧波大學(xué);2015年

3 李洪磊;摻鎢氧化銦鋅薄膜晶體管的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 徐博;多元氧化物半導(dǎo)體薄膜分子束外延生長及性能研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 劉沖;銦鎵鋅氧薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學(xué);2015年

6 羅文彬;鋅錫氧化物薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 譚惠月;金屬氧化物薄膜和晶體管的制備與性能研究[D];青島大學(xué);2015年

8 吳穹;薄膜晶體管電流模型的高階效應(yīng)研究[D];華南理工大學(xué);2015年

9 周大祥;非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管光照穩(wěn)定性的研究[D];上海交通大學(xué);2015年

10 王曉林;隧穿效應(yīng)薄膜晶體管制備與特性分析[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

，

本文編號：650263