非晶氧化物半导体（AOS）,包括非晶铟镓锌氧（a-IGZO）、非晶铟锌氧（a-IZO）等,有望取代传统的硅基半导体而成为新一代薄膜晶体管（TFT）的沟道层材料。AOS TFT具有较高的场效应迁移率(μ_FE>10 cm² V^-11 s^-1)、较低的制程温度和较好的成膜均一性等优点,但也存在器件稳定性（如偏压稳定性、热稳定性、光照稳定性等）较差的缺点。据报道,在AOS TFT的沟道层中采用掺氮工艺可以有效地改善其电学稳定性,但其相关的物理机理目前仍不清楚。此外,研究并确定适合实际生产的掺氮工艺也具有非常重要的意义。本文的主要目的在于研究掺氮工艺对于AOS TFT的作用机理和物理机制,并探索进一步提升掺氮AOS TFT电学稳定性的新材料和新工艺,从而为掺氮工艺在实际生产中的应用提供重要的理论基础。首先,我们研究了掺氮工艺对于AOS TFT电学特性的影响机理。我们对比研究了掺氮工艺与传统的掺氧工艺对于典型的AOS TFT（即a-IGZO TFT）的影响。通过研究发现,掺氧工艺会显著地降低a-IGZO薄膜中的氧空位浓度,并且引入较多的沟道和界面缺陷态;而掺氮工艺能够微调a-IGZO薄膜中的氧空位浓度,而且几乎没有引入缺陷态;这就导致了掺氧工艺会引起a-IGZO TFT操作特性的大幅劣化,而掺氮工艺则对器件的操作特性影响不大。与传统的掺氧工艺不同,掺氮工艺可以显著地改善a-IGZO TFT的稳定性（包括偏压稳定性、热稳定性和光照稳定性等）。以热稳定性测试为例,在O 1s峰中,掺氧工艺制备的a-IGZO薄膜的O₂/O_total值随温度增加的变化量非常大（11.8%）,而掺氮样品的O₂/O_total值随温度增加的变化量很小（0.6%）;这说明了掺氧工艺加剧了a-IGZO薄膜中的氧空位浓度随温度的变化程度,而掺氮工艺则显著地抑制了a-IGZO薄膜中的氧空位浓度随温度的变化,由此导致了掺氮a-IGZO TFT在所有样品中表现出了最佳的热稳定性。其次,我们研究了掺氮工艺对于AOS（包括a-IGZO和a-IZO）中化学键的影响机理。通过器件测试与薄膜表征,我们阐明了AOS TFT的掺氮物理机制。对于掺氮a-IGZO（a-IGZO:N）,当采用低掺氮量时,N原子会优先与Ga³⁺离子键合成稳定的Ga-N键,同时引入了较少的与N相关的缺陷,这抑制了a-IGZO:N薄膜中氧空位浓度的变化,从而改善了器件稳定性;而采用高掺氮量时,由于Ga³⁺离子是有限的,额外的N原子会转而与In³⁺和Zn²⁺离子键合形成较不稳定的In-N键和Zn-N键,另外,也引入了较多的与N相关的缺陷,导致了在稳定性测试条件下,a-IGZO:N薄膜中氧空位浓度的较大变化,进而使TFT器件表现出了显著劣化的电学稳定性。然而,与a-IGZO:N薄膜不同,掺氮a-IZO（a-IZO:N）薄膜内不存在稳定的Ga-N键,仅含有相对不稳定的In-N和Zn-N键。a-IZO:N薄膜内不够稳定的Metal-N键（In-N和Zn-N键）和与N相关的缺陷态均会随着掺氮量的增加而显著地增加,因此,在光照和热偏压测试条件下,a-IZO:N薄膜中氧空位浓度的变化也会随着掺氮量的增加而变得越来越明显,从而导致了a-IZO:N TFT的光照稳定性和热稳定性会随着掺氮量的增加而逐渐劣化。接着,我们将掺氮工艺与双层沟道（DSCL）结构相结合并制备了高稳定性的DSCL TFT（a-IZO/a-IGZO:N TFT和a-IZO:N/a-IGZO:N TFT）。DSCL TFT展现出了比较好的操作特性和稳定性。较高的场效应迁移率来源于特殊设计的DSCL结构,即由具有较高缺陷态密度的载流子产生层（a-IZO、a-IZO:N薄膜等）和具有较低缺陷态密度的载流子传输层（a-IGZO:N薄膜）共同构成的叠层结构。另外,采用a-IGZO:N薄膜能很好地抑制沟道内的缺陷和氧空位的变化,减弱环境光照和气氛对器件沟道的影响,从而获得更好的器件稳定性。最后,我们研究了适用于掺氮AOS TFT的新型保护层材料（包括钼锌氧（MZO）和铝锰锌氧（AMZO））。将MZO（或AMZO）材料与掺氮工艺相结合能够很好地改善a-IGZO TFT的环境稳定性（尤其是光照稳定性）,这是由于MZO和AMZO材料能够很好地吸收UV光并隔离环境气氛对器件的影响,从而显著地抑制器件沟道内缺陷态的变化。