透明氧化锌半导体薄膜晶体管的制备及其特性研究

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自从2003年报道了使用氧化锌半导体制备透明的薄膜晶体管器件之后,透明氧化物半导体得到了广泛关注。透明氧化物半导体通常都具有较高的载流子迁移率,并且在可以见光区域透明可见的特性。氧化锌半导体正是其中受到广泛关注的一种半导体。氧化锌直接带隙很宽,Eg~3.3eV,激子束缚能很高大约为60meV。氧化锌晶体的生长工艺简单,可以制备相当高质量的单晶颗粒,因此大大降低了制备基于氧化锌器件的成本。随着对氧化锌的研究不断深入,氧化锌不仅在工业领域得到了广泛使用,而且在光电器件以及在基于薄膜晶体管控制的显示屏中也有很好的应用。基于以上这些因素,本文从如下方面对氧化锌半导体进行研究:  本论文主要利用磁控溅射,热生长法和溶胶-凝胶法三种方法制备了氧化锌薄膜,研究了不同方法制备的氧化锌薄膜的光学、电学特性以及表面形貌特征。在此基础上,研究了真空退火对氧化锌薄膜光学、电学特性以及表面形貌的影响。  通过深入研究基于氧化锌薄膜沟道的薄膜晶体管的制备工艺,采用底栅结构,制备成功了氧化锌薄膜晶体管,并且进一步研究了氧化锌薄膜晶体管的器件特性。  研究了真空退火工艺对氧化锌薄膜晶体管器件特性的影响。研究表明,在制备电极之前,将形成栅介质及沟道层的样品经过300℃真空退火后所制备的氧化锌薄膜晶体管的特性有了明显改善,开关比为104,开态电流可以达到1.4×10-5A,具有较好的驱动特性。  除此之外,还分别研究了不同真空退火温度,不同退火时间,栅介质厚度变化及沟道层厚度变化对薄膜晶体管器件特性的影响,给出了氧化锌薄膜晶体管器件制备工艺条件的窗口和优化条件。  论文结果对于大规模或者低成本制备基于氧化锌的器件有很好的指导作用,并且为在玻璃衬底及柔性衬底或者其他需要在低温条件下制备性能较好的氧化锌薄膜晶体管提供了很好的参考依据。
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