氧化物半导体的性能表征与电子结构的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liwang0113
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基于透明非晶氧化物半导体(AOS)的薄膜晶体管以其优异的特性被认为在AMOLED显示中具有很大的应用潜力,特别是相比众多AOS材料体系,ZnO掺杂体系材料表现了更加优异的光电特性。而基于第一性原理方法的模拟计算又能够在理论上面更全面的显示出ZnO体系的性质,能更加有针对性的对我们的实验工作进行指导。本论文作了InTaZnO薄膜晶体管的性能表征工作以及就InTaZnO的电子结构及其对InTaZnO薄膜晶体管的性能的影响进行了初步研究。(1)用射频磁控溅射方法制备了InTaZnO薄膜,分析了退火温度以及不同气氛的制备条件对薄膜光电性能的影响,未退火之前霍尔迁移率为0.3cm2V-1s-1,在退火350℃之后载流子迁移率到达15cm2V-1s-1。但是随着制备过程中O2的量的由0sccm增大到5sccm时,迁移率由15cm2V-1s-1降至10cm2V-1s-1。退火和气氛对薄膜的透射率无太大影响,可见光透射率为80%以上。(2)制备了基于InTaZnO沟道层的薄膜晶体管,一方面分析了沟道层制备条件对其性能的影响,另一方面对薄膜晶体管的偏压稳定性进行研究。通过优化好工艺条件我们获得载流子迁移率高达10.9cm2V-1s-1,阈值电压0V,亚阈值摆幅0.15V/dec,开关比为108的InTaZnO薄膜晶体管。而偏压稳定性测试结果表明,正偏压测试导致薄膜晶体管的阈值正向漂移,但并不改变亚阈值摆幅,说明器件的制备工艺还有再优化的空间。而负偏压则对薄膜晶体管的影响微乎其微。(3)理论计算了完美ZnO晶体的电子结构,以及本征点缺陷(Zni、Oi、VZn、VO)对其电子结构的影响。结果发现:ZnO是一种直接带隙材料,禁带宽度为0.8711eV,VZn和Oi为受主型缺陷,Zni和VO为施主型缺陷。(4)对于InZnO和TaZnO体系,掺杂入In、Ta后引入施主能级,费米能级进入导带,并且随着In、Ta掺杂浓度的提高费米能级进入导带越深,可并不是掺杂浓度越高越好,高浓度掺杂时,在带隙中出现了可以吸收部分可见光的深施主能级,对获得透明薄膜不利。
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