基于双沟道有源层的薄膜晶体管的制备与性能研究

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随着氧化物薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)被广泛应用于平板显示领域,越来越多的材料己被证明是良好的沟道材料,如In Ga Zn O(IGZO),Zn Sn O(ZTO),In Ga Sn O(IGTO)等。然而,随着现代显示技术的发展与进步,人们对薄膜晶体管器件性能也提出了更高的要求,传统的单沟道TFT由于载流子迁移率低、缺陷多和退火温度高等限制,已经逐渐难以满足商业应用的要求。仅通过改变沟道材料,很难从根本上解决以上问题。因此,考虑在单沟道IGTO TFT的基础上,改变TFT的结构,采用双沟道有源层结构,利用直流磁控溅射技术制备IGTO/IGTO TFT和IGTO/IGZO TFT,通过优化制备条件,提高IGTO/IGTO TFT和IGTO/IGZO TFT器件的性能。本文主要研究工作如下:1.研究不同的溅射工艺对单沟道IGTO TFT器件性能的影响。不同的氩氧比、溅射功率和有源层厚度对IGTO薄膜的电阻率和表面形貌等有较大影响,这些条件因素将极大的影响器件性能。实验结果表明,当直流磁控溅射的溅射功率为180 W、氩氧比为70:20和有源层厚度为60 nm时,单沟道IGTO TFT的性能最佳,其载流子迁移率为7.6 cm~2?V-1?s-1,阈值电压为3.2 V,电流开关比为1.2×10~5。2.基于上述单沟道IGTO TFT器件,研究氩氧比和有源层厚度对IGTO/IGTO TFT和IGTO/IGZO TFT器件性能的影响。实验表明,对比单沟道IGTO TFT,通过改变前后沟道的氩氧比和有源层厚度,可以结合前后沟道有源层不同电学性能,充分发挥双沟道有源层的结构优势,可以极大提高IGTO/IGTO TFT和IGTO/IGZO TFT器件性能,其载流子迁移率和电流开关比均大幅度提高,阈值电压接近于零。当前沟道氩氧比为16:2,前沟道有源层厚度为12 nm,后沟道氩氧比为65:20,后沟道有源层厚度为40 nm时,IGTO/IGTO TFT器件性能最佳,其载流子迁移率为13.53 cm~2?V-1?s-1,阈值电压为0.9 V,电流开关比为7.4×10~6;当前沟道氩氧比为16:0,前沟道有源层厚度为10 nm,后沟道氩氧比为20:18,后沟道有源层厚度为30 nm时,IGTO/IGZO TFT器件性能最佳,其载流子迁移率为17.25 cm~2?V-1?s-1,阈值电压为0.6 V,电流开关比为9.7×10~6。3.对比IGTO/IGTO TFT和IGTO/IGZO TFT器件性能随氩氧比和有源层的变化规律。实验结果表明,相较于同质结IGTO/IGTO TFT,异质结IGTO/IGZO TFT的电学调制作用更强,器件电学性能更好,其载流子迁移率大幅度提高。
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