论文部分内容阅读
传统的非晶硅TFTs由于其迁移率低、对可见光敏感等缺点越来越无法满足显示技术发展的需求,具有高迁移率、高可见光透过率、低成本等优异特性的氧化物半导体受到越来越多的关注。在众多的氧化物半导体材料中,ZnO材料由于其组成简单、含量丰富、透明度高等优点,成为取代硅基TFTs中最有前景的半导体材料之一。但是ZnO TFTs往往表现出较差的稳定性和可靠性,限制了它的实用化。本文采用原子层沉积(ALD)方法生长ZnO薄膜,对ZnO TFTs制备工艺的优化和稳定性问题进行了系统的研究和分析。ZnO TFTs采用顶栅结构,并加入双层绝缘层,其中第一层10nm厚的AI2O3作为ZnO的保护层,在后续的光刻中保护ZnO不受外部环境的影响。首先研究了ZnO薄膜生长温度和退火条件对ZnO薄膜电阻率及器件性能的影响,并确定了最优化的生长和退火条件。接下来我们对ZnO TFTs中出现的几种不稳定现象进行了研究和分析,包括电滞回线(hysteresis)、阈值电压漂移、驼峰效应等,并分别讨论了其背后的物理机制。我们认为,引起ZnO TFTs出现多种不稳定问题的原因主要在于扩散进入ZnO的水分子以及沟道与绝缘层界面处的载流子陷阱。最后,我们提出了一种通过三步退火法来改善ZnO TFTs电学稳定性的方法,其中第一步退火是对ALD生长的ZnO薄膜进行退火,以控制ZnO薄膜的载流子浓度,第二步退火是在刻蚀有源区后,对覆盖有A1203保护层的ZnO沟道进行退火,以排除扩散进入ZnO的水分子,并改善ZnO沟道与绝缘层界面的接触,第三步退火是在生长完第二层A1203并刻蚀引线通孔以后,通过退火提高Al2O3薄膜在光刻栅极时对碱性显影液的抗腐蚀能力,有效地减少由于A1203薄膜被破坏而导致的栅极漏电的发生。我们发现采用三步退火方法制备的器件具有相当好的电学稳定性,在连续若干次测试器件转移特性后,开启电压VON的变化量不超过0.2V,并具有正的开启电压(2.2V),为ZnO TFTs的实用化提供了有益的借鉴和参考。