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以宽禁带半导体镁锌氧化物(MgZnO,MZO)为沟道层的薄膜晶体管(TFT)有望在保持较好电学性能的同时,具有良好的可见光透明性,可应用于紫外探测和透明显示。本文对MZO TFT的制备和特性进行了较为系统的研究,主要工作和成果有: ·采用直流磁控溅射金属靶材实现MZO薄膜的淀积,并提出金属镶嵌靶的概念,即将扇形的金属用物理方法进行拼接,避免了高Mg含量合金靶易碎的缺点。本文验证了该方法的可行性,并计算得出20a.t.％(原子百分比)Mg含量的Mg&Zn镶嵌靶溅射得到的MZO薄膜的禁带宽度约为3.8 eV,此时薄膜的吸收边在330nm附近,可见光区的透射率大于85％,满足紫外探测和透明显示的需要。 ·本文研究了MZO薄膜制备过程中衬底温度、溅射功率和氧分压对薄膜光学、电学性能的影响。结果表明,所制备的薄膜晶粒在10nm左右,属于非晶到纳晶范围。薄膜呈现横向压应力,并且由于高含量的Mg出现了相分离。同时,Mg的掺入抑制了晶粒尺寸的增大,因此可用较高的温度制备薄膜来减少缺陷的产生。我们选择了合适的功率(80W)来平衡薄膜电学性能、光学性能和均匀性。另外,随着氧分压的增大,薄膜方块电阻从5.9×109Ω/口增加到1.4×1012Ω/口,并且对可见光越来越不敏感。 ·在薄膜研究的基础上,简单讨论了有源层厚度以及栅介质对器件性能的影响,成功制备出适合紫外探测的MZO TFT,该TFT对可见光完全不敏感:VT≈17V,μ=0.02cm2/Vs,Ion/Ioff=107,SS=1500mV/dec,可见光照下Ioff的增幅为0,UV下Ioff的增幅为105。 ·为了进一步提高器件的开态电流以满足显示驱动的需要,本文研究了双层沟道ZnO/MZO结构,发现在ZnO/MZO=10/70nm时器件能获得很好的电学性能,同时不会损失过多的可见光透明性:VT≈18V,μ=0.2cm2/Vs,Ion/Ioff=108,SS=500mV/dec,可见光照下Ioff的增副为10。 ·最后,本文提出一个新的设计思路:透明显示驱动电路分为两个模块,一是利用完全不受可见光影响的MZO TFT构成的恒电流源,另一个模块是利用其他高迁移率的半导体材料构成的大电流驱动模块。通过放大和负反馈电路,使驱动模块的电流始终跟随恒电流源的固定倍数,从整体上实现同时拥有大电流和对可见光不敏感的驱动电路。