多元氧化物半导体是一类常见的功能材料,具有光学带隙较大、熔点较高、在可见光波段透明度较高等优良特性,可应用于太阳能透明导电电极、液晶显示器、紫外光响应器件等多个领域。薄膜晶体管作为液晶显示的像素开关与像素驱动元件,起着非常重要的作用。本文瞄准非晶态ZnSnO3薄膜和非晶态ZnGeO3薄膜两种氧化物半导体,制备了ZnSnO3薄膜与ZnGeO3薄膜。在此基础上,研制了ZnSnO3薄膜晶体管,探索了非晶ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管的可行性。并初步测试了ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管的光电响应特性。本文的具体内容和结论如下:1.采用分子束外延制备了ZnSnO3薄膜,探索了射频源功率对薄膜的表面形貌以及光学性质等的影响。结果显示,不同射频源功率下的ZnSnO3薄膜均呈非晶态,随着氧离子的能量增大以及氧离子的数量增多,ZnSnO3薄膜逐渐趋于平整致密,均方根粗糙度逐渐减小。可见光透射测试显示出,当射频源功率大于200W时,ZnSnO3薄膜在250 nm~350 nm波段存在锐利的吸收峰,在波长400 nm~1000 nm范围平均透射率达80%,利用Tauc公式推导出ZnSnO3薄膜的光学带隙约为3.41 eV。XPS测试显示ZnSnO3薄膜中存在一定比例的氧空位。2.针对优化制备工艺,制备了ZnSnO3薄膜晶体管,测试与计算结果表明,沟道宽长比W/L=80μm/13μm的薄膜晶体管为n沟道增强型类型,阈值电压为5V,电子迁移率为6.35×10-3 cm2·V-1·s-1,亚阈值摆幅为25 V/decade,开关电流比为38。分析认为,薄膜晶体管电子迁移率不高的可能原因有:首先,由于ZnSnO3薄膜中存在一定比例的氧空位,氧空位带正电,从而捕获载流子。其次,ZnSnO3薄膜与SiO2薄膜界面处存在界面缺陷,载流子有一定几率被界面缺陷所捕获。3.采用分子束外延制备了ZnGeO3薄膜,相关测试结果表明ZnGeO3薄膜为非晶态,薄膜表面平整致密,在可见光波段平均透射率高达90%,通过Tauc公式推导出ZnGeO3薄膜的光学带隙约为4.1 eV。XPS测试显示出ZnGeO3薄膜中有不可忽略的氧空位存在。4.研制了ZnSnO3/ZnGeO3异质结结构的薄膜晶体管,探索了非晶ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管的可行性。相关测试及计算表明,沟道宽长比W/L=80μm/13μm的薄膜晶体管阈值电压为-10 V,电子迁移率为0.06 cm2·V-1·s-1,亚阈值摆幅为33 V/decade,开关电流比为40。沟道宽长比W/L=80μm/3μm的薄膜晶体管阈值电压为-14 V,电子迁移率为0.05 cm2·V-1·s-1,亚阈值摆幅为28 V/decade,开关电流比为44。相比ZnSnO3薄膜晶体管,ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管的电子迁移率提高了一个数量级。同时,ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管出现了阈值电压相对减小的现象。这说明,非晶ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管的性能得到了有效提高,非晶异质结薄膜晶体管具有可行性,为下一步研制性能更佳的非晶异质结薄膜晶体管奠定了一定的基础。5.对ZnSnO3/ZnGeO3异质结薄膜晶体管进行了紫外光响应测试,光生电流明显,说明ZnSnO3/ZnGeO3异质结结构对紫外光照具有一定的敏感特性。但同时,外加紫外光照后,栅电压对源漏电流的控制能力减弱,器件的晶体管特性出现退化。