界面修饰对氧化锌基薄膜晶体管性能的影响

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本论文的主要内容为研究以氧化锌薄膜为有源层,制备氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),分别从氧化锌薄膜的厚度,利用不同材料进行界面修饰,以及有机无机复合等角度对氧化锌薄膜晶体管的电学性能进行了研究。首先,利用磁控溅射的方法,使用纯度为99.99%锌作为靶材,通过控制不同的氩气与氧气的比例以及调节溅射功率,得出了制备氧化锌薄膜的最佳成膜条件。通过研究发现,在Ar:O2为30sccm:25sccm,溅射功率为300W,400℃退火10min时,通过XRD和AFM测试表明在此条件下成膜质量最佳。其次,在上述最佳的成膜条件下,利用磁控溅射的方法,通过控制溅射的时间,分别在600s、800s、1000s、1200s的溅射时间里,得到了45nm、60nm、75nm、95nm四个不同厚度的氧化锌薄膜层,制备出器件,通过测试它们的电学性质,得到在600s的溅射时间时,氧化锌薄膜晶体管的性质较好,迁移率为:0.789cm2/V·s,随着溅射时间的增加,从800s到1200s的器件的迁移率分别是:0.271cm2/V·s、0.271cm2/V·s、0.285cm2/V·s,通过XRD和AFM表征发现在45nm厚度下,薄膜同时沿垂直于衬底和平行于衬底方向生长,沿载流子传输方向的品界密度低,薄膜表面形貌最佳,成膜质量最好,因此得到的晶体管的性能相对最好。第三,利用氟化锂对有源层和铝电极之间的界面进行了修饰,发现通过氟化锂的界面修饰,器件的迁移率都有所上升,在有源层厚度为45nm时,器件的迁移率达到了0.920cm2/V·s,从800s到1200s的器件的迁移率分别是0.278 cm2/V·s、0.319cm2/V·s、0.304 cm2/V·s。随后,利用氧化钼对器件有源层和铝电极之间的界面进行了修饰,发现通过氧化钼的界面修饰,器件的迁移率都有所下降,在有源层厚度为45nm时,器件的迁移率降到了0.531cm2/V·s,厚度为95nm的器件的迁移率是0.263 cm2/V·s。第四,研究了不同厚度并五苯薄膜的薄膜质量,利用热蒸发,制备了5,10,15,20,30,40,50,60nm八个厚度的并五苯薄膜,通过XRD测试得出所制备薄膜在10nm至40nm厚度时成膜质量较好。第五,将氧化锌和并五苯两种不同的有源层复合制成氧化锌/并五苯薄膜晶体管(ZnO/Pentacene-TFT),利用在氧化锌薄膜上热蒸发一层并五苯薄膜制备出了ZnO/Pentacene-TFT,通过实验发现在不添加界面修饰材料PhTMs的情况下,器件的迁移率高于有PhTMs修饰的器件,迁移率为0.552cm2/V.s。最后,制备了并五苯厚度为10nm、20nm、30nm、40nm,氧化锌厚度为45nm的四个器件,并通过测量其电学性质发现在氧化锌薄膜厚度为45nm,并五苯薄膜厚度为1Onm时,器件的迁移率最高,为0.552cm2/V.s。
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