硅掺杂双有源层氧化锌薄膜晶体管的制备及特性研究

作     者：莫淑芬 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘玉荣

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：薄膜晶体管 氧化锌 硅掺杂 双有源层 稳定性 

摘      要：随着信息技术的高速发展,对于显示技术的要求越来越高,以有源矩阵液晶显示器（AMLCD）和有源矩阵有机发光二极管显示器（AMOLED）为代表的平板显示技术得到了迅速发展,占据着平板显示的主流市场。薄膜晶体管（TFT）是AMLCD和AMOLED中关键的开关和驱动器件,氧化锌薄膜晶体管（Zn O-TFT）由于其迁移率高、制备工艺简单、低温工艺、可见光透明等优点,被认为是最有希望的下一代TFT技术。但Zn O-TFT的电特性和稳定性还有待进一步提高,以应用于要求越来越高的平板显示技术中。因此开展Zn O基TFT的掺杂,有源层结构和稳定性的研究,对促进Zn O-TFT的发展和应用具有重要意义。本文用磁控溅射法制备Zn O及掺Si Zn O（SZO）薄膜作为TFT有源层,制备了单层有源层的Zn O-TFT和掺硅氧化锌薄膜晶体管（SZO-TFT）以及SZO/Zn O双层有源层结构的TFT器件（SZO/Zn O-TFT）,并比较了它们的电特性和稳定性,主要的研究工作和结果包括:（1）研究了基底温度和硅含量对SZO薄膜的透光性和SZO-TFT电性能的影响。结果表明:基底温度在100℃到250℃范围制备的SZO薄膜在可见光范围的透过率都大于85%,基底温度150℃时所制备的SZO-TFT的综合性能最佳;随着Zn O薄膜中硅含量的增加,SZO薄膜能隙宽度增加,导致在可见光范围内透光率增加。适当的硅掺入Zn O薄膜有源层中,可有效抑制SZO-TFT器件的关态电流,提高开关电流比达两个数量级,但器件的载流子迁移率和饱和漏电流有所降低。（2）研究了Zn O-TFT,SZO-TFT和SZO/Zn O-TFT的电特性。结果表明,通过采用SZO/Zn O双有源层结构,可以在不降低Zn O-TFT载流子迁移率的情况下有效提高开关电流比近两个数量级,从而使器件的整体性能得到有效改善。（3）研究了Zn O-TFT,SZO-TFT和SZO/Zn O-TFT在正栅压和漏电压应力下的稳定性。结果表明,双有源层结构的SZO/Zn O-TFT在正栅偏应力和漏偏压应力下的稳定性都得到明显改善,这来源于SZO/Zn O薄膜界面处电子势垒的形成和SZO薄膜中氧空位的减小。（4）研究了Zn O-TFT和SZO/Zn O-TFT在空气中的稳定性。实验结果表明,相比Zn O-TFT,双有源层结构的SZO/Zn O-TFT在空气环境下的稳定性明显得到改善,这是由于SZO/Zn O-TFT暴露于空气的SZO薄膜比Zn O薄膜结构更致密,阻止氧和水汽侵蚀底部Zn O沟道层,抑制了背沟道效应所致。