本文關鍵詞： IGZO 薄膜晶體管 氧含量 電學性能 電極 雙層結構　出處：《鄭州大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著大尺寸的顯示器和有機發(fā)光二極管的發(fā)展,傳統(tǒng)的晶體硅薄膜和有機薄膜晶體管已經滿足不了現代顯示的要求。作為薄膜晶體管的核心組成,特別是現代透明顯示技術,非晶態(tài)銦鎵鋅氧化物(a-IGZO)薄膜作為薄膜晶體管的溝道層成分正越來越受到廣泛的關注。由于其優(yōu)越的性能:高遷移率、均一性好、制備溫度低和良好的光學透過性,被選為下一代主流的晶體管溝道層材料。為了制備出性能優(yōu)異的薄膜晶體管,本文著重分以下幾個部分探討以a-IGZO為溝道層的薄膜晶體管的制備與性能研究。采用磁控濺射的方法在室溫下超高真空(Ultra-high Vacuum)中制備出一系列不同氧含量的IGZO薄膜并對薄膜進行一系列表征:XRD結果表明室溫下不同氧含量下磁控濺射制備出的IGZO薄膜均為非晶結構;不同工藝下制備出的IGZO薄膜其在可見光波段透過率均超過80%,并且得知在純Ar下制備出的IGZO薄膜其光學禁帶寬度為3.20eV,在氧含量為10%的氣氛下制備出的IGZO薄膜光學禁帶寬度為3.47eV;通過氧含量的改變實現了IGZO薄膜電阻率由10-4-106(?·cm)的變化,載流子濃度由1019(cm-3)降低至1011(cm-3)。進一步地,我們采用底柵頂接觸結構制備出了“FTO-HfO2-IGZO-Al”薄膜晶體管器件。研究了不同氧含量制備的IGZO薄膜對薄膜晶體管性能的影響。研究表明對于不同IGZO薄膜晶體管,其10%氧含量下制備出的晶體管擁有低的關閉電流10-9A,高的飽和遷移率10.4cm2/V·s,閾值電壓更接近0V。實驗對比了不同的溝道寬長比對器件性能的影響,實驗表明,采用掩膜版的方法在襯底上固定有特定圖案的金屬掩膜版,形成小面積的溝道層,有效防止了電極邊緣電場對溝道層電子傳輸的影響,減小了不同寬長比對薄膜晶體管性能的影響。實驗還對比了不同漏源電極(Cu、Al、ITO)對器件性能的影響,實驗結果表明ITO、Al電極作為IGZO薄膜晶體管的漏源電極其器件性能最優(yōu)。為得到高性能的薄膜晶體管,本文采用雙層IGZO結構,在載流子濃度低的IGZO層下沉積一層載流子濃度高的IGZO薄膜,形成了載流子濃度不同的雙層IGZO薄膜,然后研究了高載流子濃度IGZO層對器件性能的影響。實驗表明IGZO半導體晶體管采用雙層IGZO結構可以顯著提高器件電學性能,器件開啟電流明顯提升至1.3mA,遷移率提升至54cm2/V·s,其閾值電壓達到0.4V,開關電流比達到106。
[Abstract]:With the development of large-sized displays and organic light-emitting diodes (OLEDs), traditional crystalline silicon thin films and organic thin film transistors can not meet the requirements of modern display. Amorphous indium gallium zinc oxide (a-gallium zinc oxide) thin films have attracted more and more attention as the channel layer composition of thin film transistors. Due to their excellent properties, such as high mobility, good uniformity, low temperature and good optical transmittance, amorphous indium gallium zinc oxide thin films are widely used in the fabrication of thin film transistors. The transistor channel layer material selected as the mainstream of the next generation. In order to produce thin film transistors with excellent performance, In this paper, the fabrication and performance of a-IGZO thin film transistors with channel layer are discussed. A series of IGZO thin films with different oxygen content have been prepared by magnetron sputtering in ultra-high vacuum ultrahigh vacuum at room temperature. A series of characterization results showed that the IGZO films prepared by magnetron sputtering at room temperature were amorphous. The transmittance of IGZO films prepared under different conditions is over 80 in the visible light band, and the optical band gap of IGZO thin films prepared under pure ar is 3.20eV, and the optical gap of IGZO films prepared in the atmosphere of 10% oxygen content is found to be 3.20eV. The band width is 3.47eV, and the resistivity of IGZO thin films can be changed from 10-4-106? 路cm), the carrier concentration decreased from 1019 to 1011 cm-3. Further, We have fabricated "FTO-HfO2-IGZO-Al" thin film transistor devices using bottom gate top contact structure. The effect of IGZO thin films prepared with different oxygen content on the performance of thin film transistors is studied. The results show that for different IGZO thin film transistors, The transistor with 10% oxygen content has a low closing current of 10-9A, a high saturation mobility of 10.4cm2 / V 路s, and a threshold voltage closer to 0V. the effects of different channel width ratios on the performance of the device are compared experimentally. A metal mask plate with a specific pattern is fixed on the substrate by using a mask plate to form a small channel layer, which effectively prevents the influence of the electrode edge electric field on the electron transport in the channel layer. The effects of different aspect ratios on the performance of thin film transistors are reduced. The experimental results show that Ito Al electrode is the best drain source electrode for IGZO thin film transistors. In order to obtain high performance thin film transistors, a double layer IGZO structure is used in this paper. A layer of IGZO thin films with high carrier concentration was deposited under the IGZO layer with low carrier concentration, and a double layer IGZO film with different carrier concentration was formed. Then the influence of high carrier concentration IGZO layer on the device performance is studied. It is shown that the double-layer IGZO structure of IGZO semiconductor transistor can improve the electrical performance of the device. The threshold voltage of the device is 0.4V and the switching current ratio is 106.The threshold current is raised to 1.3 Ma, the mobility is increased to 54 cm ~ 2 / V 路s, and the threshold voltage is 0.4 V.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN303

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