ZnO及In2O3薄膜晶体管的研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hysywlp2007
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薄膜晶体管是显示器的核心部分,其性能直接关系到显示器的好坏,作为大量应用生产的电子器件,我们对它的研究不能仅局限于提高器件的性能,还应该在薄膜晶体管的制备成本、制备条件、原料来源等方面多加研究。本文主要的研究工作分为三个部分:(1)利用喷雾热分解技术沉积氧化锌薄膜晶体管:选择SiO2/Si作为衬底,衬底背面是重掺杂的P型硅,正面是通过干氧氧化得到的300nm厚的SiO2绝缘层,使用铟离子掺杂,通过一系列的试验,我们得到了制备氧化锌薄膜的最佳条件,通过对薄膜内部结构以及表面形貌的测量分析,得出我们制备的氧化锌薄膜具有均匀致密的表面,薄膜内部氧化锌形成了多晶体结构,主要生长取向为(111)和(112)晶向,同时掺杂的氧化铟没有形成晶体,因为在薄膜的XRD图谱中没有氧化铟的衍射峰位。薄膜在可见光区的光学透过率超过85%,证明了氧化锌可以制备透明导电薄膜。然后我们在氧化锌薄膜上通过热蒸发技术和掩膜技术制备了源极和漏极薄膜电极,选择Al作为电极蒸发源,金属掩膜使氧化铟半导体层形成了固定长宽的导电沟道。对制备完成的In-ZnO薄膜晶体管的电学性能测试得到:我们通过喷雾热分解法制备的氧化锌薄膜晶体管具有显著地n型场效应晶体管特性,其输出特性曲线包含有截止区、线性区和饱和区,最小电流为1.02×10-8A,饱和电流为6.3×10-4A。晶体管具有较小的阈值电压为-5.1V,饱和迁移率为0.61cm2/Vs。(2)利用喷雾热分解技术沉积氧化铟薄膜晶体管:选用SiO2/Si作为沉积沉底,通过实验条件不断调整和优化,我们得到了最佳性能的氧化铟薄膜,通过对薄膜性能的表征,证明了喷雾热分解技术制备的氧化铟薄膜晶粒在衬底表面均匀致密的排列在一起,氧化铟晶体择优生长取向为(111),氧化铟薄膜在可见光波长内的光学透过性良好。然后我们在氧化铟薄膜上通过热蒸发技术和掩膜技术制备了金属Al薄膜作为器件的源极和漏极。对制备完成的In2O3薄膜晶体管的电学性能测试得到:氧化铟薄膜晶体管表现为良好的n型场效应晶体管特性,最低电流为1.9×10-10A,饱和电流为1.15×10-6A。晶体管具有的阈值电压为3.7V,饱和迁移率为0.03cm2/Vs。(3)采用磁控溅射沉积技术制备了氧化铟薄膜及其晶体管。通过对比各种制备条件下制备的氧化铟薄膜性能和薄膜晶体管电学性能,我们分析讨论了一些参数对薄膜和晶体管的影响。①随着沟道层厚度的增加,氧化铟薄膜的光学透过率逐渐减小,半导体的载流子浓度不断增大,氧化铟薄膜晶体管的饱和电流也是一次变大,但是当氧化铟薄膜厚度过小时,晶体管的饱和电流较小,难以保证较大的开关比。当器件的沟道层厚度过大时,虽然器件获得了大的开态电流,但由于其载流子浓度过高,器件的不能进入截止状态,最低电流也很大,同样不能获得良好的晶体管性能。只有当沟道层厚度适当时,晶体管才能获得好的综合性能。②后退火处理可以促进氧化铟形成结晶,但是同时会降低氧化铟薄膜的导电性。③365nm光照对器件的截止区影响较大,而对饱和区的影响基本可以忽略。因为365nm光照射半导体层后产生光生载流子现象,在截止区,沟道层的载流子浓度本来很低,光照产生的这部分载流子数目大于沟道层本来的载流子数目,导致了器件关态电流急剧增大,甚至增为本来电流的数十倍之多。当器件处于饱和区时,沟道层的电流已经很大,光照产生的电流相对于此时的沟道电流来说可以忽略不计,所以光照影响不大。
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