氧化物薄膜晶体管的制备与研究

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薄膜晶体管是一种以沉积形成的绝缘体,半导体,金属薄膜组成的场效应晶体管器件。而薄膜晶体管液晶显示器和有源矩阵有机发光二极管的驱动电路的核心部件就是薄膜晶体管。而传统的非晶硅存在着载流子迁移率较低,光敏性强的问题;多晶硅TFT用于大面积制作工艺复杂,所需的温度较高,成本高,因此难以在更广阔的范围内应用。近些年来,氧化物半导体薄膜晶体管异军突起,在这方面的研究取得了很大的进展,其在均匀性,迁移率,稳定性等方面都有着明显的优势,显示出了巨大的应用前景。  本文采空直流磁控溅射方式制备了In2O3,ZnO薄膜,同时结合掩膜制备了薄膜晶体管器件,从沟道层厚度,氧氩比方面对薄膜晶体管的性能进行了优化。研究的内容主要包括以下三个方面:  采用超高真空磁控溅射设备在 Si/SiO2衬底上制备了In2O3薄膜,然后利用 X射线衍射仪,扫描电子显微镜,紫外-可见分光光度计对样品进行了测量。找出了制备结构缺陷密度小,晶粒趋向性好的最佳生长工艺条件:室温,溅射功率为38W,氧氩比为10:30,溅射气压为2Pa,在此条件下制备的薄膜表面平整,在可见光区具有高的透过率,可以用来制备薄膜晶体管。  在优化 In2O3薄膜制备条件的基础上,采用厚度分别为10,40,70,100nm厚度的In2O3薄膜作为薄膜晶体管的沟道层,采用底栅式顶接触结构制备器件。实验结果表明,我们制备的器件在沟道层的厚度为10nm时,器件的性能达到最佳,器件在饱和区的场效应迁移率为6.2cm2v-1s-1,阈值电压为2.5V,开关电流比为106,亚阈值摆幅为4V/dec。  通过控制溅射时间,我们制备了非晶态的In2O3薄膜晶体管,与多晶态的In2O3薄膜晶体管相比,非晶态的有着更平滑致密的沟道层表面,非晶态为增强型,而多晶态的为耗尽型,非晶态与晶态相比有着更好的电学性能。  最后,我们利用磁控溅射制备了底栅式顶接触式结构的ZnO薄膜晶体管,所制备的器件随着不同的氧氩比而表现出不同的电学性能,实验表明,随着氧气含量的增高,由于ZnO的电阻率的增高,器件的性能随之下降。
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