近年来,基于氧化物半导体的薄膜晶体管(TFTs)因在未来大尺寸、高帧率和高分辨率的平板显示器中的潜在应用而备受关注。现今的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)和有源矩阵有机发光二极管显示(AMOLED)普遍采用的是非晶硅的TFT技术。和非晶硅TFT技术相比,氧化物半导体TFT技术存在诸多优点,包括高迁移率、高光学透过率和低工艺温度等。这些优点使得氧化物TFT技术更适合运用于透明显示和柔性显示。在本文中,我们研究了三种不同的氧化物半导体,分别是氧化锌(ZnO)、铟镓锌氧(InGaZnO, IGZO)和铟铝锌氧(InAlZnO, IAZO)。本文的主要研究内容和结果可以概括如下：1.我们制备了以ITO和金属Cr作为源漏电极的ZnO TFTs,研究了源漏电极与ZnO沟道层的接触对TFT性能的影响。ITO电极能与沟道层形成了更好的接触,其器件性能也明显优于Cr电极的TFT。2.我们采用了退火控制ZnO薄膜载流子的方法来实现ZnO TFTs的器件特性。发现对室温制备的ZnO TFTs,在N2气氛下采用低温退火比较合适,既能增加ZnO沟道层的迁移率和降低缺陷态密度,又能保证低的关态电流。低温退火的缺点是不能消除薄膜中高温退火才能消除的缺陷态。3.我们利用TFT的结构研究了ZnO薄膜中持续光电导(PPC)现象,发现栅极电压能够控制光电流衰退的快慢。我们提出一个可能的模型解释这种栅压可控PPC现象的原因。在栅极电压的作用下,电子与电性相反的氧空位Vo2+和空穴的分离,导致复合速率的下降。4.我们制IGZO TFTs并研究了其稳定性,发现了IGZO TFTs的两种不稳定机制。室温制备的IGZO TFTs具有栅压连续扫描不稳定性,表现为第二次扫描的转移特性曲线出现大的偏移,这是由沟道中浅陷阱缺陷导致的不稳定性。这些浅陷阱缺陷是由氧空位与薄膜中的空隙共同引起的,通过氧气气氛高温退火能够消除这种缺陷。退火后的IGZO TFTs具有栅极偏压工作不稳定性,表现为转移特性曲线平行右移而其亚阈值摆幅S几乎不变。栅极偏压不稳定性归因于绝缘层与沟道层界面的陷阱机制。5.我们在室温条件下沉积了非晶IAZO薄膜,研究了退火温度对薄膜结构,形貌,光学和电学性能的影响。薄膜的非晶态结构即使在高温退火下也能稳定存在。退火处理会影响薄膜的原子重新排列,但对表面形貌影响不大。退火后薄膜的电阻率不断下降,迁移率也有所提高。随着退火温度的升高,薄膜的吸收边发生红移,其光学禁带宽度不断下降。6.我们制备了IAZO TFTs,发现其具有与IGZO TFTs相当的电学性能。低温退火的IAZO TFTs具有跟室温制备的IGZO TFTs一样的连续扫描不稳定性。XPS的结果显示退火温度升高,氧空位含量减少,表明引起不稳定的浅陷阱缺陷与氧空位相关。高温退火后这种不稳定性消失,只存在界面陷阱机制引起的偏压工作不稳定性。7.我们研究了环境因素对IAZO TFTs稳定性的影响,验证了空气成分如何影响TFT性能。干燥的N2和02几乎不影响TFT性能。湿度对TFT的性能有很大影响,一方面增加了沟道层的表面电导,另一方面导致阈值电压的偏移。进一步的偏压稳定性测试显示,氧气的湿度越大,阈值电压变化越大,稳定性越差。我们提出水辅助氧吸附的模型解释了湿氧对氧化物TFT稳定性的影响。