全透明铝掺杂氧化锌薄膜晶体管制备工艺及特性研究

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随着社会的进步,人们对显示质量的要求也变得越来越高,传统的显示技术已经越来越难以满足人们的生活需要。CRT因其过于笨重等缺点,已经渐渐退出历史舞台,LCD显示效果也慢慢开始无法满足人们的需求,人们试图探索一种更好的显示技术。新一代AMOLED显示技术能够完美解决LCD响应速度慢和亮度不够高等缺点,进而越来越受到人们的关注。而决定AMOLED显示效果的一个关键因素是驱动像素单元的薄膜晶体管特性,氢化非晶硅以及低温多晶硅等传统的薄膜晶体管因其自身特有的缺点,越来越难以满足新一代AMOLED显示技术的要求,随着显示技术的持续发展,薄膜晶体管已经成为影响显示技术向前推进的重要因素。氧化物半导体薄膜晶体管,尤其是基于氧化锌材料的薄膜晶体管,因其优良性能和可以运用到AMOLED显示中的潜力越来越受到人们的重视,被业界公认为取代传统薄膜晶体管的有力竞争者。  掺铝氧化锌材料是氧化锌材料家族中的重要一员,因其优良的电学特性和低廉的造价,受到人们的广泛关注。在以往的研究中,掺铝氧化锌材料主要是作为透明导电薄膜材料,是ITO材料的竞争和替代者。本文发现,通过调控,把AZO氧化物半导体作为薄膜晶体管的有源层,能够获得优良的器件性能,在本文中,本人主要对AZO TFT器件的制备工艺,器件特性和优化方法进行了研究。  研究了退火工艺对器件性能的影响。通过优化的标准剥离工艺制备了底栅顶接触交叠结构AZO TFT,通过一系列退火温度的对比,最后确定AZO TFT器件的最佳退火温度为300℃。该温度退火后的AZO TFT器件性能参数为:阈值电压1.0V,亚阈值摆幅134mV/dec,饱和区载流子迁移率24.3 cm2 V-1s-1,关态电流10-12量级,开关比108量级。  研究了AZO TFT器件介质层的不同的生长温度对AZO TFT器件的影响。通过在常温下生长介质层与80℃生长介质层对应的AZO TFT性能对比分析,发现在生长介质层时适当的给基片加温,可以改善介质层和介质层/有源层界面条件,进而改善AZO TFT器件的性能。80℃生长介质层对应的AZO TFT的性能为:阈值电压1.3 V,亚阈值摆幅123mV/dec,饱和区载流子迁移率59.3 cm2 V-1s-1,关态电流10-12量级,开关比108量级。  对AZO TFT器件的稳定性进行了研究分析。在不进行封装的条件下,在六个月的范围内对AZO TFT器件稳定性进行了研究,通过对AZO TFT器件性能持续的测试分析,发现随着时间的推移,AZO TFT的电学性能退化微弱。器件的阈值电压在六个月内一直保持1.3~1.4V的区间内,没有发生明显的阈值电压漂移;器件的开关比退化区间为2.7×108~7.9×107,保持在108的量级左右,有稍许退化;AZO TFT的亚阈值摆幅变化区间为122.9 mV/dec~148 mV/dec,退化情况微弱。由此本文验证了AZO TFT器件的稳定性,为其在AMOLED面板中的应用奠定了基础。  制备了全AZO TFT器件。通过生长条件的调控,使AZO材料在透明导电材料和氧化物半导体之间进行和转换,本文使用AZO材料制备出全AZO TFT,器件的电极材料和有源层都使用AZO材料制备,进而进一步改善了工艺制备流程和降低了功耗。全AZO TFT器件的特性为:阈值电压1.1V,亚阈值摆151 mV/dec,饱和区载流子迁移率24 cm2 V-1s-1,关态电流10-13量级,开关比109量级,且器件稳定性能良好。  制备并成功点亮了AMOLED显示面板。对AZO TFT器件制备工艺和性能优化后,本人认为AZO TFT特性足以应用到实际OLED显示面板的驱动之中。本文设计了AMOLED显示面板的制备版图,使用AZO TFT进行像素单元的驱动,在AZO TFT器件制备工艺的基础上,进行了AMOLED显示阵列面板的制备,并成功点亮。进而表明AZO TFT有望取代传统的TFT,应用于实际的AMOLED显示面板的驱动。  
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