SnO2和NiO薄膜晶体管的研究

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近年来,基于宽带隙氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)得到了非常广泛的研究,因为其具有电子迁移率高、制备温度低、与柔性衬底兼容且具有低生产成本的优势,显示出了巨大应用前景。在本文中,我们主要研究制备新型氧化物薄膜晶体管,喷雾热分解法制备n型SnO2-TFT和射频磁控溅射法制备p型NiO-TFT,为将来实现制备互补型电路的器件做基础。本征SnO2为一种宽带隙半导体材料,在常温下直接带隙范围约为3.6~4.3eV。SnO2由于其可见光区域透过率高、化学物理性能稳定而得到诸多领域的广泛应用。本文我们采用价格低廉、制备工艺简单的喷雾热分解法,用SnCl4·5H2O水溶液作为前驱体溶液,在SiO2/Si衬底上制备了SnO2薄膜。分析不同退火温度处理对样品结晶结构质量、光学透过率和电学特性的影响。在制备薄膜的基础上,我们制备得到底栅式SnO2-TFT,分析了不同退火温度、喷嘴到衬底的距离及喷涂时间对器件电学性能的影响。得到薄膜晶体管器件理想的退火温度为450℃,喷嘴到衬底距离为5cm、喷涂时间为5min。大量的文献证实,物理化学沉积方法制备的SnO2薄膜含有大量的缺陷和剩余电子,载流子浓度很高,不适于应用到器件沟道层。而本文采用低温溶液热分解法制备得到的SnO2薄膜,载流子浓度得到一定的控制,成功的应用于晶体管器件沟道层。制备得到SnO2-TFT输出特性曲线表现良好的饱和性,饱和区的迁移率为0.37cm2V-1s-1,开关电流比为106,阈值电压为-2V,亚阈值摆幅为2V/dec。同时,我们测得器件的栅极漏电流与开态电流之间相差6个数量级,保证了器件不受栅极漏电流的影响。最后,我们研究了可见光对器件电学性质的影响,发现器件输出和转移特性几乎没有改变,说明本实验制备的SnO2薄膜晶体管器件有较好的稳定性,同时在以后的透明电子器件显示中有一定的应用前景。NiO是一种直接宽禁带半导体材料,禁带宽度为3.5~3.9eV。本实验采用射频磁控溅射方式,利用NiO陶瓷靶,在衬底SiO2/Si上成功制备了NiO薄膜,分析了不同氧氩比、溅射功率对NiO薄膜结晶结构质量、光学透过率、光学带隙、电学特性的影响。同时结合金属掩膜制备了薄膜晶体管器件,测试输出曲线可以看出,具有一定的p型晶体管的场效应特性。
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