本文關(guān)鍵詞：非晶氧化物薄膜晶體管熱穩(wěn)定性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),非晶銦鎵鋅氧(amorphous indium gallium zinc oxide,a-IGZO)薄膜晶體管(Thin Film Transistors,TFTs)因具有較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率、優(yōu)良的大面積成膜均一性、高透光率及可常溫制備等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注,被普遍認(rèn)為是傳統(tǒng)的非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFTs)的替代品之一。然而其在器件的制作流程和器件工作物理機(jī)制兩方面仍有待更深入的研究�；诖�,本論文開(kāi)展了基于N型硅基板的TFT器件的熱穩(wěn)定性研究,深入探討了TFT的有源層含氧量以及保護(hù)鈍化層對(duì)器件電學(xué)特性和熱穩(wěn)定性的影響,同時(shí)也成功地開(kāi)發(fā)出了具有良好熱穩(wěn)定性的基于光刻技術(shù)的a-IGZO TFTs,這對(duì)于即將量產(chǎn)的a-IGZO TFTs具有重要的參考作用。主要的研究?jī)?nèi)容歸納如下:首先,我們采用射頻磁控濺射鍍膜技術(shù)在硅片上成功的制備出了特性良好的未加保護(hù)層的a-IGZO TFT器件,并且以此為基礎(chǔ)研究了濺射工藝條件中氬氣與氧氣流量比例對(duì)IGZO薄膜及其TFT器件性能,特別是熱穩(wěn)定性的影響。研究表明,隨著氧氣流量從無(wú)到有逐漸增加,IGZO薄膜的沉積速率降低,薄膜表面粗糙度有變大趨勢(shì);對(duì)應(yīng)的TFT器件的電學(xué)特性在氬氣與氧氣的流量比為30:1時(shí)達(dá)到最優(yōu)化,而后隨著氧流量的增大,器件特性明顯惡化。研究了四種不同氧流量的器件在298K到398K范圍內(nèi)五中不同溫度下器件的熱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,器件在高溫下,隨著氧流量的增加,器件的轉(zhuǎn)移特性曲線都向負(fù)漂,而且隨著氧流量的增加,這種負(fù)漂越明顯,這說(shuō)明隨著氧流量的增加,器件的熱穩(wěn)定性變差。其次,我們研究了在30:1的氬氣與氧氣流量比情況下,加不同厚度保護(hù)層a-IGZO TFT器件的熱穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)比較研究,發(fā)現(xiàn)保護(hù)層厚度變化對(duì)器件的電學(xué)特性以及溫度穩(wěn)定有具有重大影響。在有保護(hù)層的情況下,背溝道與空氣中的水、氧隔離,器件在低溫下的熱穩(wěn)定性大為改善,而且隨著保護(hù)層厚度的增加,這種改善作用越明顯。但當(dāng)測(cè)試溫度超過(guò)473K時(shí),各種保護(hù)層厚度的器件的轉(zhuǎn)移特性都急劇惡化,分析認(rèn)為這是由于有源層半導(dǎo)體在高溫下本征激發(fā)產(chǎn)生了大量本征載流子。我們提出了一個(gè)關(guān)于保護(hù)層厚度與溫度對(duì)于器件熱穩(wěn)定性影響的定性理論模型,結(jié)合該模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們得出如下結(jié)論:在低溫下(低于473K)保護(hù)層越厚,器件的熱穩(wěn)定性越好;高溫下(高于473K),a-IGZO層發(fā)生本征激發(fā),器件變得不穩(wěn)定。上述結(jié)論可以作為a-IGZO TFT器件實(shí)際應(yīng)用時(shí)選擇合適保護(hù)層厚度及工作條件的理論依據(jù)。最后,我們還進(jìn)行了基于光刻工藝的a-IGZO TFTs的工藝開(kāi)發(fā)、優(yōu)化以及熱穩(wěn)定性的研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)柵絕緣層厚度對(duì)器件特性有較大影響,降低絕緣層厚度有利于改善器件的亞閾值擺幅;同時(shí),良好的絕緣層的表面狀態(tài)對(duì)于器件電學(xué)特性也有顯著改善。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)在有源層沉積結(jié)束后不立即圖形化,繼續(xù)沉積源漏電極層,會(huì)形成良好的歐姆接觸,避免了因有源層圖形化過(guò)程殘留在表面的污染物而造成的短路現(xiàn)象。在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝整合制備出了鉭電極a-IGZO TFTs并獲得了較好的電學(xué)特性與熱穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：氧化物半導(dǎo)體 薄膜晶體管 熱穩(wěn)定性 氧空位 保護(hù)層 本征激發(fā)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN321.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 引言13
• 1.2 薄膜晶體管13-18
• 1.2.1 薄膜晶體管發(fā)展歷程13-15
• 1.2.2 薄膜晶體管工作原理15-16
• 1.2.3 主流TFT技術(shù)16-18
• 1.3 a-IGZO TFT技術(shù)及其研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 a-IGZO材料特性19-22
• 1.3.2 a-IGZO TFT研究熱點(diǎn)22-23
• 1.4 本文研究意義與內(nèi)容23-25
• 第二章 TFT器件的制作及表征方法25-34
• 2.1 a-IGZO TFT器件的制備25-29
• 2.1.1 磁控濺射26
• 2.1.2 電子束蒸鍍26-27
• 2.1.3 圖形化工藝27-29
• 2.2 薄膜晶體管的特性表征29-33
• 2.2.1 薄膜的表征29-30
• 2.2.2 薄膜晶體管器件特性的表征30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第三章 不同含氧量的IGZO薄膜及其器件的熱穩(wěn)定性研究34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 不同含氧量的IGZO薄膜34-37
• 3.2.1 不同含氧量IGZO單膜的表面形貌35-36
• 3.2.2 不同含氧量IGZO單膜的氧元素分析36-37
• 3.3 不同含氧量a-IGZO TFT器件的熱穩(wěn)定性研究37-42
• 3.3.1 四種TFT常溫下的轉(zhuǎn)移特性37-39
• 3.3.2 四種TFT高溫下的轉(zhuǎn)移特性39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 不同保護(hù)層厚度的A-IGZO TFT熱穩(wěn)定性研究43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 不同保護(hù)層厚度的a-IGZO TFT器件制備43-45
• 4.3 不同保護(hù)層厚度的器件的熱穩(wěn)定性45-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 基于光刻工藝的A-IGZO TFT的制備與研究51-62
• 5.1 引言51
• 5.2 基于光刻圖形化的五道掩模版a-IGZO TFT制程51-53
• 5.3 工藝優(yōu)化53-57
• 5.3.1 對(duì)柵極絕緣層的工藝優(yōu)化54-55
• 5.3.2 對(duì)半導(dǎo)體材料與電極接觸特性?xún)?yōu)化55-57
• 5.4 基于玻璃基板的a-IGZO TFT器件特性57-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-65
• 6.1 內(nèi)容總結(jié)62-63
• 6.2 工作展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的研究成果72-75

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