非晶ZnTiSnO薄膜的制备及薄膜晶体管性能研究

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非晶氧化物半导体(AOS)材料具有高迁移率、与柔性衬底兼容和可大面积沉积等优点,已作为薄膜晶体管(TFT)的沟道层被应用于显示器领域。与已产业化的InGaZnO非晶氧化物TFT比较,ZnSnO TFT具有无In、廉价、无毒等优势。然而ZnSnO中存在较高的缺陷态浓度导致器件性能差,需要添加第四种元素作为载流子抑制剂以提高器件性能。此外,AOS TFT不仅能应用于显示器领域,在紫外探测、生物传感、气敏等传感领域也表现出优异的性能,是AOS TFT技术的另一个重点研究方向。本文采用溶液燃烧法在低温条件下制备了非晶ZnTiSnO (a-ZTTO)薄膜,结果显示Ti掺杂后薄膜的形貌发生了巨大变化,由连续致密的结构转变成凸起峰和凹陷坑相互交错组成的绒面结构,有望应用于传感领域。且Ti作为载流子抑制剂,能有效降低薄膜中Vo的数量。随后以上述薄膜作为沟道层制备了a-ZTTO TFT器件,探索了二次退火、沟道尺寸、Ti掺杂量对器件的电学性能影响。实验结果表明二次退火处理确实能有效降低薄膜界面缺陷态密度以提高器件的电学性能,而沟道宽长比的减少导致器件性能明显退化。我们还发现适量的Ti掺杂有利于优化器件的电学性能并提高其稳定性。当Zn/Ti=30:1时,器件的性能表现最优:Ion/Ioff=3.54×105,μFE=0.77 cm2V-1s-1, Vth=2.14V, SS=1.13V/decade。此外,我们还分析了a-ZnSnO TFT对365nm的紫外光响应和恢复情况,发现栅压可以有效控制器件对紫外光的灵敏度和恢复速度,当VGS=-10V时器件灵敏度高达105,同时提出了一个理论模型对其进行解释,为TFT结构的紫外探测技术提供了技术支持。
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