【摘 要】
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氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)因具有迁移率高、制备工艺简单、透光性好、可大面积制备等优点在高性能平板显示、可穿戴柔性电子、集成传感器等领域具有广阔的应用前景,已成为TFT技术的重要研究方向。为进一步降低ZnO-TFT的工作电压,本文采用高k NbLaO薄膜作为ZnO-TFT的栅介质,并制备出四种不同组合叠层栅介质结构的ZnO-TFT,对其电学特性和栅偏压应力稳定性进行了比较研究,重点对NbLa
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氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)因具有迁移率高、制备工艺简单、透光性好、可大面积制备等优点在高性能平板显示、可穿戴柔性电子、集成传感器等领域具有广阔的应用前景,已成为TFT技术的重要研究方向。为进一步降低ZnO-TFT的工作电压,本文采用高k NbLaO薄膜作为ZnO-TFT的栅介质,并制备出四种不同组合叠层栅介质结构的ZnO-TFT,对其电学特性和栅偏压应力稳定性进行了比较研究,重点对NbLaO/SiO2双层栅介质ZnO-TFT的偏压应力稳定性和热稳定性进行了较为深入的探讨。主要研究内容与结果如下:(1)以NbLaO薄膜作为主要的栅介质材料,采用磁控溅射法制备出NbLaO、NbLaO/SiO2、NbLaO/Al2O3、SiO2/NbLaO/SiO2四种不同组合栅介质结构的ZnO-TFT。研究发现,四种结构器件均表现出良好的电特性。其中,以NbLaO/SiO2为栅介质的器件电学特性最优,开关电流比和迁移率分别高达8.41×108和27.83 cm2/Vs,这主要缘于采用SiO2薄层作为NbLaO栅介质的过渡层,改善NbLaO薄膜表面粗糙度,降低了有源层/栅介质层界面的缺陷态密度。(2)研究了NbLaO/SiO2栅介质ZnO-TFT在偏压应力下的稳定性及其内在机理。结果表明,在正栅偏压应力下,器件存在明显的不稳定性,且偏压应力越大器件性能变化越快,主要表现为器件的阈值电压向负栅压方向漂移,关态电流显著增加,性能变化的主要原因是栅介质层及其界面俘获了大量的空穴。在负栅偏压或正漏压偏置应力下,器件的性能变化不明显,表现出较好的应力稳定性。(3)研究了NbLaO/SiO2栅介质ZnO-TFT在不同工作温度下的稳定性及其内在机理。结果表明,当工作温度从293 K升至353 K,器件的阈值电压从3.23 V减小至2.06V,饱和迁移率从28.28 cm2/Vs增加至96.92 cm2/Vs,主要原因是室温附近ZnO薄膜中施主杂质没有完全电离,随着温度升高电离增强,本体载流子增加。当工作温度降至初始温度,器件的电特性基本恢复至初始状态,这说明在测试温度范围内,热效应并没有造成器件内部微结构变化而引入新的缺陷态。
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