高遷移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶體管的研究

2012-12-25 岳 蘭 復旦大學(xué)材料科學(xué)系

高遷移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶體管的研究

岳 蘭 張 群

(復旦大學(xué)材料科學(xué)系 上海 200433)

　　摘要 透明非晶氧化物半導體薄膜晶體管(TAOS-TFT)由于具有場(chǎng)效應遷移率高、均勻性好、對可見(jiàn)光區透明、可低溫制備以及環(huán)境穩定性良好等優(yōu)點(diǎn)，成為最有希望的下一代薄膜晶體管之一。近年來(lái)，為了降低工業(yè)化成本，溶液法制備TAOS-TFT 受到了研究人員的青睞。然而，溶液法制備的氧化物半導體薄膜由于缺陷的存在，從而使得器件的遷移率較低、關(guān)態(tài)電流較大。因此，通過(guò)選取合適的摻雜元素以及探索最佳的組份以控制薄膜缺陷從而促進(jìn)器件的性能還有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，為了推動(dòng)透明顯示和柔性顯示等新一代顯示技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)可低溫制備且具備較好光學(xué)和電學(xué)性能的介質(zhì)層具有重要的現實(shí)意義。

　　本文基于溶膠-凝膠法，利用浸漬提拉工藝，以摻Al 非晶In-Zn-O(a-AIZO)作為溝道層，嘗試采用有機聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料來(lái)代替傳統的無(wú)機SiO2/Al2O3作為介質(zhì)層，從而將無(wú)機透明非晶氧化物溝道層和有機介質(zhì)層材料的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)研制了混合型頂柵結構的a-AIZO-TFT，并研究了溝道層中Al 含量對器件性能的影響。樣品的SEM 截面圖表明利用浸漬提拉工藝可以制備出厚度均一、表面平整以及致密的薄膜。XPS 測試顯示摻Al 能減少銦鋅氧化物薄膜中的氧空位，從而對銦鋅氧化物薄膜的載流子濃度能起到一定的抑制效果。

　　因此，摻Al 能減小器件的關(guān)態(tài)電流，提高器件的開(kāi)關(guān)比。透射率測量結果表明，采用有機PMMA 介質(zhì)層與a-AIZO 氧化物半導體溝道層構成的雙層薄膜，可以達到增透的效果，從而揭示了其制備全透明TFT 的潛在優(yōu)勢。通過(guò)初步優(yōu)化工藝參數，獲得了具有較高飽和遷移率26.8 cm2/Vs，較低亞閾值擺幅0.24 V/decade，開(kāi)關(guān)比大于104，器件綜合性能優(yōu)良的a-AIZO-TFT 器件。