【摘 要】
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薄膜晶体管（TFT）是平板显示器（FPD）、液晶显示器（LCD）、有源矩阵发光二极管（AMOLED）等光电器件的重要组成部分,作为像素开关的控制元件,在显示操作中执行着关键驱动功能。大尺寸、高分辨率、高帧率的显示技术要求TFT具有更优异的电学性能和工作稳定性。前期大量研究结果表明掺杂（阴离子掺杂,如N掺杂;阳离子掺杂,如Hf、Zr掺杂）是有效的氧化物TFT器件电学性能或稳定性提高手段。但是均匀掺杂
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薄膜晶体管（TFT）是平板显示器（FPD）、液晶显示器（LCD）、有源矩阵发光二极管（AMOLED）等光电器件的重要组成部分,作为像素开关的控制元件,在显示操作中执行着关键驱动功能。大尺寸、高分辨率、高帧率的显示技术要求TFT具有更优异的电学性能和工作稳定性。前期大量研究结果表明掺杂（阴离子掺杂,如N掺杂;阳离子掺杂,如Hf、Zr掺杂）是有效的氧化物TFT器件电学性能或稳定性提高手段。但是均匀掺杂会引起迁移率和稳定性的折中（trade-off）,使二者无法协同提高。为了解决氧化物TFT器件迁移率和稳定性的trade-off问题,提出制备载流子浓度呈梯度分布的无结型沟道TFT的方案。基于这一策略,本文探讨了控制ZnO薄膜载流子浓度变化的因素,确定了均匀沟道TFT的最优工艺参数。随后利用工作气压调控沟道层载流子浓度,并在背沟道进行氮掺杂,制备出高迁移率和高稳定性兼容的梯度无结型ZnO TFT器件。具体研究内容如下:（1）ZnO薄膜物理性能的极端调控:制备不同工作气压和溅射功率的ZnO薄膜,对ZnO薄膜物理性能进行调控。研究发现,ZnO薄膜在可见光范围具有良好的光学透明性。结构表征显示,薄膜均具有（002）衍射峰择优取向。工作气压为0.9 Pa、溅射功率80 W时,制备的ZnO薄膜结晶质量较好。电学性能研究显示随工作气压增大,载流子浓度先略下降后指数型上升(1010-1019 cm-3)。随溅射功率增大载流子浓度小范围先上升后下降。证明改变工作气压可以实现ZnO薄膜载流子浓度梯度调控。（2）均匀沟道ZnO TFT器件制备及输运特性分析:制备不同溅射气压（0.3Pa-9 Pa）、溅射功率（60 W-100 W）、有源层厚度（20 nm-100 nm）、退火温度（100oC、200oC、300oC）的均匀沟道ZnO TFT,对其输运特性进行分析,确定最优工艺参数。研究表明,工作气压为0.9 Pa,溅射功率80 W,有源层厚40 nm,退火温度200oC时,相应器件具有最优输运性能,适合应用于显示器件。（3）梯度无结型沟道ZnO TFT器件制备及输运特性分析:利用不同溅射工作气压下薄膜的载流子浓度规律,在高工作气压下沉积载流子浓度大的ZnO:OI超薄层,在低工作气压下连续沉积载流子浓度小的ZnO:OⅡ层,制备梯度无结型ZnO:OI|OⅡ TFT。研究确定前沟道ZnO:OI超薄层溅射5 s时达到最优厚度,器件的电学性能较均匀沟道器件有明显提高。并与双层有结沟道器件对比,证明了梯度结构的优越性。后续在梯度结构基础上,向背沟道处掺入氮气,制备出ZnO:OI|OⅡ|N TFT,确定最优掺氮流量0.4 sccm时,器件的电学性能与稳定性相对未掺杂器件均有显著提升。本研究成功制备出梯度无结型ZnO TFT,实现了器件高迁移率与高稳定性的兼容,证实了梯度沟道策略协同增强氧化物TFT器件迁移率和稳定性的普适性。
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