ITO薄膜晶体管的制备及其性能研究

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薄膜晶体管(TFTs Thin Film Transistors)作为一种固态电子开关器件,在传感器、平板显示、集成电路等领域中有着广泛的应用。近些年来,随着透明电子学的发展,透明氧化物TFT由于透明性、与柔性衬底兼容、良好的电学性能广受研究者的青睐,被认为将取代传统非晶硅(a-Si:H)TFT而成为主流。本课题研究为ITO薄膜晶体管。ITO (氧化铟掺锡)薄膜具有良好的透光性、高载流子浓度(10201021cm-3)及迁移率(1030cm2/Vs)、良好的物理化学稳定性,并且制备方法很多,非常适合作为TFT的沟道层。传统的氧化物TFT存在工作电压大的缺点,我们这里制备的ITO TFT工作电压降到了0.8V以下,并且在可见光范围内透明。本论文分为了四个部分;第一部分综述了薄膜晶体管的基本理论知识,包括TFT的工作原理、电学理论基础、发展历程等,另外介绍了ITO薄膜的基本性质。第二部分分析了TFT制备材料的选择,以及联系实验室设备讲述了TFT的制备工艺、电学性能检测方法。第三部分和第四部分为实验部分。第三部分;我们实验制备了底栅顶接触的ITO薄膜晶体管。ITO TFT工作在1.5V的工作电压下,阈值电压为0.32V、饱和场效应迁移率13.5cm2/Vs、电流开关比为1.2×106、亚阈值斜率为130mV/decade。第四部分;我们将沟道层和电极层采用一步掩膜工艺制备完成,制备了0.8V工作电压的ITO薄膜晶体管。为了实现0.8V的超低工作电压,我们通过将二氧化硅在浓度为43.5%氯化锂溶液中浸泡处理,二氧化硅薄膜中进入大量的离子以形成固态电解质,以这种电解质作为栅介质,在器件中能形成超强的双电荷层效应,具有高达9.2μF/cm2的单位电容。ITO TFTs的电学性能为;迁移率为28.4 cm2/Vs,阈值电压为-0.16 V,电流开关比为1×107,亚阈值斜率为98 mV/decade。良好的实验结果表明了;我们所制备的ITO薄膜晶体管非常适合发展应用于低功耗的透明电路中。
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