高迁移率非晶氧化铟钨薄膜晶体管的研究

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非晶氧化物半导体(Amorphous Oxide Semiconductors,AOS)被广泛认为是可以取代传统的非晶硅作为新一代显示技术的薄膜晶体管(Thin Film Transistors,TFTS)的有源层材料。目前比较受欢迎且技术较成熟的氧化物半导体当属非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFTs),但是现在显示设备分辨率要求越来越高,a-IGZO TFT的迁移率不再能满足要求。非晶氧化铟钨(a-IWO)具有较高的载流子浓度和较好稳定性,使得其有可能成为新一代取代a-IGZO的氧化物半导体。为了适应生产需求,对a-IWO的成膜工艺、器件特性的研究是首要的;其次就是用全湿刻法制备a-IWO TFT器件从实际生产的角度也是非常关键的。首先,我们摸索了a-IWO TFT的成膜工艺,考虑到IWO薄膜的载流子浓度较高,我们选择在富氧的成膜气氛下制备IWO薄膜。然后对a-IWO TFT的退火条件做了非常详细的研究,包括退火温度和退火时间。根据之前的研究表明IWO薄膜不适合高温退火,所以我们选择了空气中200℃左右的几组温度进行了详细的研究,随着退火温度的增加氧空位也随之增加,因而引起载流子迁移率也增加,但是考虑到200℃退火时的阈值电压和亚阈值摆幅都是最优的,最终结合几个因素综合考虑,得出200℃是最佳的退火温度。然后在最佳退火温度下,改变退火时间,同样随着退火时间的增加氧空位也随之增加,载流子迁移率也增加了,同样再结合阈值电压和亚阈值摆幅两个因素考虑,2h是最佳的退火时间,最终得出的结论是空气中200℃/2h是最佳的退火条件。然后为了实现a-IWO在工业生产中的应用,利用全湿法刻蚀制备a-IWO TFT是非常有必要的。首先要选择a-IWO TFT合适的材料,为了方便研究,我们选择了在TFT制备中较常见的电极材料——金属钼。接着用氧化硅作绝缘层,有源层是研究主体a-IWO。其次就是要找出各层的最合适的刻蚀液,对比了几组钼的刻蚀液之后,确定了双氧水加氨水为最终的钼刻蚀液;本实验中最重要的是IWO薄膜的刻蚀液,首先我们先利用了IGZO的刻蚀液做测试,发现刻蚀液作用之后有钨残留,然后通过对比实验探索出了去除掉残留的刻蚀液BOE(含氢氟酸)。用常见的底栅反交错型结构制备a-IWO TFT器件,但又发现了刻蚀源漏极后IWO薄膜中有钼残留,通过多种尝试发现利用a-IWO制备底栅反交错型TFT行不通,于是又制备了底栅反共面型TFT器件,测得其转移特性曲线和输出特性曲线并提取相关参数,证明了利用全湿法刻蚀制备出a-IWO薄膜晶体管器件的可能性。
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