本文關(guān)鍵詞：非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管光照穩(wěn)定性的研究

  更多相關(guān)文章： 非晶銦鎵鋅氧 薄膜晶體管 穩(wěn)定性 保護(hù)層 氧流量

【摘要】：非晶銦鎵鋅氧(a-IGZO)薄膜晶體管(TFT)憑借其良好的電學(xué)性能(如高遷移率、大面積均勻性、可見(jiàn)光透明等)極具潛力成為下一代有源液晶顯示(AMLCD)和有源電致發(fā)光顯示(AMOLED)的驅(qū)動(dòng)電子器件,然而它的穩(wěn)定性問(wèn)題卻在很大程度上制約其發(fā)展。本文針對(duì)a-IGZO TFT光照穩(wěn)定性開(kāi)展研究,試圖了解其內(nèi)在的物理機(jī)制,從而改善它的穩(wěn)定性,以期為實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用提供一定的借鑒作用。首先,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索并建立了用于本研究的a-IGZO TFT的制備工藝后,我們針對(duì)a-IGZO TFT的電壓偏置穩(wěn)定特性開(kāi)展了簡(jiǎn)單研究,證明了器件保護(hù)層的厚度可以顯著影響器件的電壓偏置不穩(wěn)定性。其次,我們重點(diǎn)研究了a-IGZO TFT保護(hù)層厚度對(duì)器件光照穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,a-IGZO TFT的光照穩(wěn)定性不僅與光照波長(zhǎng)有關(guān),也與器件保護(hù)層的厚度關(guān)系緊密,即光照波長(zhǎng)越短,器件越不穩(wěn)定;保護(hù)層厚度越厚,器件光照穩(wěn)定性越好。我們推斷這與電子空穴對(duì)和氧空位的產(chǎn)生兩種物理機(jī)制有關(guān),并且通過(guò)a-IGZO TFT的光照恢復(fù)實(shí)驗(yàn)確定了這兩種機(jī)制的存在。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及上述兩種影響機(jī)制,我們提出了一種有效的物理模型定性解釋了a-IGZO TFT的穩(wěn)定性與光照波長(zhǎng)以及保護(hù)層厚度之間的關(guān)系。此外,我們提出了“閾值波長(zhǎng)”和“閾值厚度”的概念用于定量描述a-IGZO TFT的光照穩(wěn)定性。當(dāng)光照波長(zhǎng)小于閾值波長(zhǎng)時(shí),a-IGZO TFT的有源層中才能有效地生成電子空穴對(duì);當(dāng)器件保護(hù)層厚度大于閾值厚度時(shí),a-IGZO TFT有源層里將很難產(chǎn)生氧空位。因此a-IGZO TFT器件在未加保護(hù)層、短波長(zhǎng)光照下最不穩(wěn)定。之后,我們研究了不同保護(hù)層厚度的a-IGZO TFT負(fù)向柵極偏置電壓下的光照穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)偏置電壓會(huì)加劇器件的不穩(wěn)定性,這可能是由于更多的空穴在負(fù)向柵極電壓的作用下被柵絕緣層與有源層的界面或柵絕緣層里的缺陷所俘獲導(dǎo)致的。最后,鑒于a-IGZO TFT的光照穩(wěn)定性與IGZO內(nèi)的氧空位有很大關(guān)系,我們嘗試研究a-IGZO TFT有源層氧流量對(duì)器件光照穩(wěn)定性的影響。我們先進(jìn)行了不同氧流量下制備的IGZO薄膜的AFM和XPS實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明成膜氧流量的增加會(huì)降低薄膜表面平整度,減少薄膜內(nèi)的氧空位。隨后制備了四種不同有源層氧流量的a-IGZO TFT,比較它們的電學(xué)特性和光照穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)氧流量的增加不僅會(huì)使器件特性變差,更會(huì)加劇器件光照下的不穩(wěn)定性,這是因?yàn)檠趿髁康脑黾訒?huì)使IGZO薄膜表面變粗糙,從而使絕緣層與有源層的界面特性變差,增加了界面的缺陷態(tài);另一方面,氧流量的增加雖然減少了IGZO內(nèi)部的氧空位,但I(xiàn)GZO薄膜中氧的含量卻增多了,反而更有利于光照下氧空位的產(chǎn)生,造成a-IGZO TFT更不穩(wěn)定。因此,在實(shí)際量產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)該盡量降低IGZO成膜過(guò)程中的氧含量。
【關(guān)鍵詞】：非晶銦鎵鋅氧 薄膜晶體管 穩(wěn)定性 保護(hù)層 氧流量
【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
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 薄膜晶體管12-15
• 1.2.1 薄膜晶體管簡(jiǎn)介12-13
• 1.2.2 薄膜晶體管工作原理13-14
• 1.2.3 薄膜晶體管中的半導(dǎo)體材料14-15
• 1.3 非晶氧化物薄膜晶體管15-20
• 1.3.1 a-IGZO TFT的簡(jiǎn)介15-16
• 1.3.2 a-IGZO的材料特性16-19
• 1.3.3 a-IGZO TFT的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 研究意義及研究?jī)?nèi)容20-23
• 第二章 薄膜晶體管器件的制備與表征方法23-35
• 2.1 器件的制備23-27
• 2.1.1 制備器件材料的選擇23-24
• 2.1.2 器件制備的工藝流程24-27
• 2.2 薄膜特性的表征27-29
• 2.2.1 薄膜成膜速率27-28
• 2.2.2 薄膜表面形貌28
• 2.2.3 薄膜光學(xué)透過(guò)率28-29
• 2.2.4 薄膜元素成分29
• 2.3 器件性能的表征29-34
• 2.3.1 a-IGZO TFT的電學(xué)特性及參數(shù)表征29-32
• 2.3.2 a-IGZO TFT的穩(wěn)定性32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 a-IGZO TFT工藝條件及器件穩(wěn)定性的初步研究35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 a-IGZO TFT工藝條件的確立35-39
• 3.2.1 有源層和漏源電極薄膜的制備35-36
• 3.2.2 保護(hù)層薄膜的選擇與制備36-38
• 3.2.3 退火溫度的選擇38-39
• 3.3 a-IGZO TFT偏壓穩(wěn)定性39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 a-IGZO TFT保護(hù)層厚度對(duì)器件光照穩(wěn)定性的影響43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 不同保護(hù)層厚度的a-IGZO TFT光照穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)43-47
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方法43-44
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-47
• 4.3 a-IGZO TFT光照恢復(fù)實(shí)驗(yàn)47-49
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方法47-48
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-49
• 4.4 a-IGZO TFT光照穩(wěn)定性的分析與討論49-52
• 4.5 a-IGZO TFT偏置電壓下光照穩(wěn)定性的研究52-57
• 4.5.1 相同保護(hù)層厚度器件有無(wú)偏壓下光照穩(wěn)定性的比較52-54
• 4.5.2 不同保護(hù)層厚度器件負(fù)向偏壓下的光照穩(wěn)定性(NBIS)54-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第五章 a-IGZO TFT有源層氧流量對(duì)器件光照穩(wěn)定性的影響58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法58-62
• 5.2.1 不同氧流量下IGZO成膜速率測(cè)試58-59
• 5.2.2 不同氧流量下IGZO的單膜對(duì)比實(shí)驗(yàn)59-62
• 5.2.3 不同氧流量有源層的a-IGZO TFT制備62
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論62-69
• 5.3.1 不同氧流量有源層a-IGZO TFT的電學(xué)特性62-65
• 5.3.2 不同氧流量有源層a-IGZO TFT的光照穩(wěn)定性65-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 論文主要內(nèi)容總結(jié)70-71
• 6.2 研究展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文78-81

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