掺硼氧化锌透明导电膜及其薄膜晶体管的特性研究

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氧化锌基薄膜晶体管(TFT)比传统的占主流地位的非晶硅(a-Si) TFT具有更大的迁移率,它因为在可见光区的高透明性以及在柔性电子学领域的应用潜力而被作为有可能取代a-Si TFT的下一代TFT技术,受到了广泛研究。本文的主要工作是研究掺硼氧化锌(BZO)透明导电薄膜的性能,在此基础上研究不同制备工艺条件对BZO TFTs器件性能的影响。  首先,本文研究了用射频磁控溅射法制备的BZO透明导电薄膜的结构、电学与光学特性,对不同沉积条件对BZO薄膜性能的影响机制进行了定性的讨论。硼掺杂量为2wt%的BZO透明导电薄膜可以获得很高的平均可见光透过率、较低的电阻率以及最好的结晶度,因而针对2wt%硼掺杂的BZO薄膜进行了系统的研究以寻找最优化的溅射条件。  在BZO薄膜的研究基础上,制备并研究了不同栅介质的BZO TFTs,发现BZO有源层的制备条件以及栅介质层材料对器件性能均有很显著的影响。用阳极氧化HfO2作栅介质,相比于Al2O3栅介质,BZO TFT的器件性能得到了大幅度的提高,其中迁移率提高了2倍左右,电流开关比提高了1个数量级以上。退火后,得到HfO2 TFT的阈值电压为2.9V,饱和载流子迁移率0.16 cm2/V·s,电流开关比为106数量级,亚阈值摆幅0.96V/dec。适当增加BZO有源层的厚度对沟道载流子浓度有直接的影响,可以显著提高开态电流Ion,并且器件的其他性能也表现出不同程度的改善。当BZO有源层厚度为80nm时,得到器件退火后的阈值电压为-1.1V,饱和载流子迁移率为2.3 cm2/V·s,电流开关比为107数量级,亚阈值摆幅0.84V/dec。
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