發(fā)布時間：2018-09-14 18:19

【摘要】：近年來,氧化物半導體薄膜晶體管在電子工業(yè)領域的應用越來越廣泛。隨著顯示技術的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的以非晶硅為主體的晶體管器件已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有顯示技術的需求,而IGZO-TFT(銦鎵鋅氧薄膜晶體管)的出現(xiàn),很好的解決了這一難題。由于IGZO的導電輸運通道主要是由相鄰金屬原子之間球對稱分布的s軌道相互重疊而形成的,所以即使是非晶狀態(tài),也能使IGZO-TFT薄膜晶體管保持良好的工作性能。而且,IGZO薄膜的非晶特性意味著能在較低溫度下制備晶體管,以上特性非常有利于實現(xiàn)透明的柔性顯示器。本論文采用射頻磁控濺射法制備IGZO薄膜,通過X射線衍射(XRD)和能量散射譜(EDS)分析薄膜結構情況,并以IGZO薄膜為有源層材料制備了薄膜晶體管。文中討論了薄膜的工藝優(yōu)化和器件的結構調整對提高薄膜晶體管的性能的影響,本文的主要內容如下:本文對薄膜工藝的改進方面進行了探索,在帶有二氧化硅覆蓋層的硅片上生長IGZO薄膜,首先研究了退火氣氛對IGZO-TFT性能的影響,實驗發(fā)現(xiàn)在空氣中退火的TFT器件性能最佳。其次,在對退火溫度的討論中,發(fā)現(xiàn)450oC下退火的晶體管展現(xiàn)出了良好的開關特性和穩(wěn)定的飽和電流,遷移率高達到了4.23 cm2V-1s-1。此外,研究表明有源層更薄的TFT器件整體性能比較好,因為隨著有源層厚度的降低,內部的電子散射現(xiàn)象降低,溝道等效電阻減小。另外隨著溝道寬長比W/L的增大,TFT性能是逐漸提升的。實驗還比較了用不同金屬材料(Au、Cu、Al)作為源漏電極對器件性能的影響。研究表明,Cu和Al作電極較容易被氧化,使其接觸電阻增大,從而導致TFT性能弱于Au電極的TFT器件性能。對使用不同絕緣層的IGZO-TFT的結果表明,SiNx明顯優(yōu)于SiO2,這歸功于SiNx能使電介質層與溝道層之間陷阱濃度降低。本文還研究了退火對TFT器件性能的影響,發(fā)現(xiàn)退火可以使TFT器件的遷移率從1.48 cm2 V-1s-1上升到15.8 cm2 V-1s-1。XPS能譜分析結果表明退火能降低薄膜內部的氧空位缺陷濃度,從而明顯提高TFT器件的遷移率和降低其閾值電壓。最后,我們還檢測了退火器件的穩(wěn)定性和均一性,測試結果顯示退火之后的器件性能都非常穩(wěn)定。
[Abstract]:In recent years, oxide semiconductor thin film transistors have been widely used in the electronic industry. With the rapid development of display technology, traditional transistor devices based on amorphous silicon can no longer meet the needs of existing display technology. The emergence of IGZO-TFT (Indium Gallium Zinc Oxygen Thin Film Transistor) has solved this problem well. Because the conductive transport channels of IGZO are mainly formed by the overlap of spherically symmetrical s-orbits between adjacent metal atoms, even in the amorphous state, IGZO-TFT thin film transistors can maintain good performance. Moreover, the amorphous characteristics of IGZO thin films mean that transistors can be fabricated at lower temperatures, and the above characteristics are non-crystalline. In this paper, IGZO thin films were prepared by RF magnetron sputtering. The structure of the thin films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and energy scattering spectroscopy (EDS). Thin film transistors were fabricated by using IGZO thin films as active layers. The main contents of this paper are as follows: In this paper, the improvement of thin film technology is explored. IGZO thin films are grown on silicon wafers with silicon dioxide coating. Firstly, the influence of annealing atmosphere on the performance of IGZO-TFT is studied. It is found that the performance of TFT devices annealed in air is the best. In the discussion of temperature, it is found that the transistors annealed at 450oC exhibit good switching characteristics and stable saturation current, and the mobility is as high as 4.23 cm2V-1s-1. In addition, the study shows that the overall performance of TFT devices with thinner active layer is better, because with the decrease of the thickness of active layer, the internal electron scattering phenomenon decreases and the channel equivalent electricity decreases. In addition, the TFT performance is improved gradually with the increase of channel width ratio W/L. The effects of different metal materials (Au, Cu, Al) as source and drain electrodes on the performance of TFT devices are also compared. The results show that Cu and Al as electrode are easier to be oxidized, resulting in the increase of contact resistance, which leads to the weaker TFT performance than that of Au electrode. The results of IGZO-TFT with different insulating layers show that SiNx is superior to SiO2, which is attributed to the fact that SiNx can reduce the trap concentration between dielectric layer and channel layer. The results show that annealing can reduce the oxygen vacancy defect concentration in the film, thus significantly improving the mobility of TFT devices and lowering its threshold voltage.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN321.5

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;薄膜晶體管專業(yè)圖書介紹[J];液晶與顯示;2008年04期

2 ;新型雙柵薄膜晶體管研究取得進步[J];傳感器世界;2011年10期

3 ;實驗性的薄膜晶體管[J];電子計算機動態(tài);1961年12期

4 吳茂林;;采用多晶硅的高壓薄膜晶體管[J];電子技術;1989年11期

5 何曉陽;薄膜晶體管制作工藝的發(fā)展概況[J];半導體技術;1997年02期

6 王偉,石家緯,郭樹旭,劉明大,全寶富;并五苯薄膜晶體管及其應用[J];半導體光電;2004年04期

7 林明通;余峰;張志林;;氧化鋅基薄膜晶體管最新研究進展[J];光電子技術;2008年04期

8 楊小天;馬仙梅;朱慧超;高文濤;金虎;齊曉薇;高博;董秀茹;付國柱;荊海;王超;常遇春;杜國同;曹健林;;氧化鋅基薄膜晶體管制備與研究(英文)[J];電子器件;2008年01期

9 王雄;才璽坤;原子健;朱夏明;邱東江;吳惠楨;;氧化鋅錫薄膜晶體管的研究[J];物理學報;2011年03期

10 ;寧波材料所在新型雙電層薄膜晶體管領域取得新進展[J];功能材料信息;2011年04期

相關會議論文 前10條

1 董桂芳;邱勇;;并五苯薄膜晶體管穩(wěn)定性研究[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

2 張群;;非晶氧化物半導體薄膜晶體管的研究進展[A];2013年廣東省真空學會學術年會論文集[C];2013年

3 王喜章;染谷隆夫;胡征;陳懿;;n-和p-型有機半導體涂層對五并苯薄膜晶體管性能促進效應[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

4 焦兵兵;王東興;劉躍;趙洪;;有機半導體酞菁銅雙極薄膜晶體管制備與特性[A];第十三屆全國工程電介質學術會議論文集[C];2011年

5 邱龍臻;;基于有機半導體納米線復合材料的薄膜晶體管[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 岳蘭;張群;;高遷移率Al-In-Zn-O氧化物薄膜晶體管的研究[A];中國真空學會2012學術年會論文摘要集[C];2012年

7 曾祥斌;孫小衛(wèi);李俊峰;齊國鈞;;電場增強金屬誘導側向晶化制備多晶硅薄膜和薄膜晶體管[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅲ[C];2004年

8 于愛芳;郜展;李宏宇;唐皓穎;江鵬;;濕化學法修飾的ZnO納米結構薄膜晶體管的構造及性能研究[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

9 李榮金;李洪祥;胡文平;朱道本;;一種并五苯類似物的微米晶及各向異性電荷傳輸[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學術討論會摘要集[C];2010年

10 蔡俊;陳偉;;基于PIC24FJ128DA210的TFT-LCD控制設計[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2014年會論文集[C];2014年

相關重要報紙文章 前7條

1 吉通;通海高科將公開發(fā)行新股[N];中國工商報;2000年

2 鄭金武;國內最大薄膜晶體管液晶顯示器件生產線建成[N];中國有色金屬報;2004年

3 羅清岳;非晶硅與多晶硅薄膜晶體管技術[N];電子資訊時報;2007年

4 本報記者 姜虹;秋逸盛：大尺寸面板難題已破[N];中華工商時報;2012年

5 中國軟件評測中心 中國計算機報測試實驗室 康健;Philips150x看過來[N];中國計算機報;2001年

6 中國計算機報測試實驗室 康健;“瘦”的魅力[N];中國計算機報;2000年

7 記者 劉霞;基于新型碳納米管的薄膜晶體管問世[N];科技日報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 強蕾;非晶半導體薄膜晶體管模型研究及參數(shù)提取[D];華南理工大學;2015年

2 陳勇躍;氧化物電子材料及其在薄膜晶體管的應用研究[D];浙江大學;2015年

3 姚綺君;基于氧化物半導體的薄膜晶體管[D];清華大學;2009年

4 袁龍炎;氧化鉿/氮氧化鉿柵介質金屬氧化物薄膜晶體管的研制[D];武漢大學;2010年

5 竇威;低電壓氧化物基紙張雙電層薄膜晶體管[D];湖南大學;2013年

6 李俊;有機小分子及微晶硅薄膜晶體管研究[D];上海大學;2011年

7 孫佳;無機雙電層柵介質及其低電壓氧化物微納晶體管應用[D];湖南大學;2012年

8 黃曉明;非晶銦鎵鋅氧基薄膜晶體管的輸運及界面特性研究[D];南京大學;2013年

9 陸愛霞;低壓雙電層氧化物薄膜晶體管的研究[D];湖南大學;2011年

10 何紅宇;基于指數(shù)陷阱態(tài)密度的薄膜晶體管的解析模型[D];華南理工大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 孫汝杰;TiZnSnO非晶氧化物半導體薄膜制備及應用研究[D];浙江大學;2015年

2 劉權;SnO薄膜及其雙極性晶體管的性能調控[D];寧波大學;2015年

3 李洪磊;摻鎢氧化銦鋅薄膜晶體管的研究[D];復旦大學;2014年

4 徐博;多元氧化物半導體薄膜分子束外延生長及性能研究[D];電子科技大學;2015年

5 劉沖;銦鎵鋅氧薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學;2015年

6 羅文彬;鋅錫氧化物薄膜晶體管的制備及其性能研究[D];電子科技大學;2014年

7 孫海燕;氧化鋅基薄膜晶體管的磁控濺射法制備及其性能研究[D];青島大學;2011年

8 王聰;氧化鋅基薄膜晶體管的制備及特性研究[D];華南理工大學;2012年

9 金禮;氧化鋅基薄膜晶體管的制備與性能研究[D];湘潭大學;2013年

10 修德軍;納米硅薄膜晶體管制作及特性研究[D];黑龍江大學;2012年

，

本文編號：2243499