非晶氧化物薄膜晶体管源漏电极材料与工艺的研究

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随着平板显示(FPD)技术的不断发展,人们对于显示效果提出了越来越高的要求(尺寸更大、分辨率更高、响应速度更快等)。非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)具有良好的性能(如场效应迁移率较高、大面积均一性较好、可柔性制备、可低温制备等),使其极有潜力成为下一代面板显示的核心驱动器件。但是,a-IGZO TFT在制备工艺上还存在许多尚未解决的问题,比如TFT低阻值电极材料的选择及相关制备工艺的开发和优化等。本文以此为出发点,详细设计了对比实验,采用磁控溅射制备了低阻值金属电极a-IGZO TFT器件,摸索了不同电极薄膜的最佳工艺条件,并结合相关理论尝试分析和解释相应变化的机理。首先,为了验证钼用作a-IGZO TFT源漏电极的特性表现,我们在不同溅射功率下制备了相同厚度的钼金属薄膜,并着重对其粘附性、表面粗糙度和方块电阻进行了测试分析。实验结果表明,钼薄膜具有较好的基板粘附性;随着溅射功率的增加,钼薄膜的表面粗糙度变大,电阻率降低。我们在硅基板上用荫罩掩膜版工艺制备了相应的钼源漏电极a-IGZO TFT器件,又在玻璃基板上采用湿法刻蚀和光刻图形化的方法制备了纯钼电极的a-IGZO TFT器件,测试了上述器件的电学特性并提取了主要特性参数。我们发现,尽管纯钼源漏电极用于a-IGZO TFT具备可行性,但是受限于其电阻率过大,仍不是电极材料的最佳选择。接着,我们又在不同溅射功率下制备了相同厚度的铜薄膜和铜源漏电极a-IGZO TFT器件。经过测试分析,我们发现铜与基板的粘附性较差,且容易扩散进入有源层。利用钼和铜两种材料的优势互补,我们采用钼作为接触层解决了铜向有源层的扩散问题,并加强了电极与基板之间的粘附特性。此外,铜作为源漏电极主体可以确保较低的电阻率。最终制备的钼/铜双层结构源漏电极a-IGZO TFT具备良好的电学特性,其场效应迁移率(μFE)为8.33 cm2/V·s,阈值电压(Vth)为6.0 V,亚阈值摆幅(SS)为2.0 V/dec,开关电流比(Ion/Ioff)可达到1.3×107,能够满足平板显示的要求,证明钼/铜双层源漏电极有望在a-IGZO TFT的实际生产中得到应用。然而,在实际应用中也可能会因为薄膜的刻蚀特性差异而导致叠层电极刻蚀效果不佳。为进一步寻找更合适的低阻值源漏电极,我们选择了铜锰合金和铜镁合金进行了比对研究。为此,我们采用不同溅射功率制备了这两种合金薄膜以及对应的a-IGZO TFT器件。通过与钼、铜电极的研究结果对比发现,铜合金薄膜的电阻率介于钼电极和铜电极之间。因为工艺优化尚未完成的缘故,我们制备的铜合金a-IGZO TFT器件的电学特性尚不如纯铜电极器件,但铜合金电极单膜测试分析结果初步证明Cu-Mg可能比Cu-Mn更适合作为a-IGZO TFT的电极,因为前者具有更好的基板粘附性。
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