论文部分内容阅读
近十几年来,薄膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)已经成为当前的研究热点,并且得到了广泛的应用,它将有望成为下一代显示器的驱动元件。随着新型半导体材料的出现及相关研究工作的深入,进一步提升了基于新材料的薄膜晶体管的研究价值。本论文主要研究两种基于新型半导体材料的薄膜晶体管：基于具有极大研究价值的n型半导体材料——非晶氧化铟镓锌(amorphous indium gallium zinc oxide, a-IGZO) TFT和基于具有巨大潜力的p型半导体材料——氧化亚锡(SnO)TFT。(1)具有优良性能的a-IGZO TFT的制备及工艺摸索基于大量关于a-IGZO TFT的文献调研,综合比较不同课题组所选用的器件结构、具体材料及器件性能,并结合本实验室自身的设备条件及特色,最终选择了底栅结构的制备工艺：首先选用掺杂高浓度的p型硅片(Si)作为器件的衬底,同时也作为器件的栅电极；然后通过热氧化的方法在硅片上生长一层结构致密的二氧化硅(SiO2)作为器件的绝缘层；然后利用磁控溅射工艺在SiO2上沉积一层a-IGZO作为有源层；最后使用电子束蒸发仪在a-IGZO上生长金属钛(Ti)作为源电极和漏电极。由于Si衬底掺杂均匀且SiO2表面极其平整,所以制备所得的器件具有很好的稳定性和重复性。基于以上结构,本文分别研究了有源层(a-IGZO)厚度、后期热退火处理和后期封装处理对于a-IGZOTFT性能的影响。后期热退火处理是使样品处于高温的环境中进行烘烤,a-IGZO中的晶格振动在周围的环境中吸收热量而得到增强,而晶格振动会一定程度地增加原子排列的有序性,减少缺陷数目,使有效载流子数目增加,从而改善了器件性能。后期封装处理技术对于器件性能的影响主要表现在两个方面：一方面通过将器件与外界影响因素隔离来提高器件的稳定性；另一方面是通过改善封装材料与有源层的接触界面的状况来提高器件性能。本文还研究了有源层厚度对于器件性能的影响,随着有源层厚度的降低(<5nm),器件性能急剧恶化,不再受到栅极电压的调控作用,但是通过综合利用后期热退火和后期封装技术,实现了超薄a-IGZOTFT性能的极大改善。除此之外,本文还介绍了基于a-IGZO的电双层(Electric double layers, EDL) TFT的制备工艺,研究了电解质浓度对EDLTFT电学性能的影响。最终可以使得器件在极低的电压(1V)条件下开启。(2)制备氧化亚锡晶体管与工艺摸索基于最新的文献调研,并考虑实验室的设备条件,选用了底栅结构制备Sn0TFT,基本步骤如下：选用康宁7059玻璃作为衬底,在清洗干净的衬底上采用电子束蒸发的工艺生长双层金属钯／钛(Pd/Ti)作为栅电极,然后利用磁控溅射的工艺生长一层Ta2O5作为绝缘层,有源层SnO的生长同样是利用磁控溅射的工艺,最后采用电子束蒸发在有源层上生长Pd金属作为源、漏电极。在以上结构的基础上,本文分别研究了栅极结构、Ta205性能及源、漏电极材料选择对于器件性能的影响。选用双层金属作为器件的栅极可以很好地解决测试时扎针困难的问题,通过退火改善Ta205的绝缘性对于器件性能至关重要。选择高功函数的金属钯作为源、漏电极可以最大可能的实现欧姆接触,从而优化器件性能。