脉冲激光沉积制备掺镓氧化锌薄膜及器件研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang1xiao123321
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显示技术的飞速发展对显示材料和器件提出了更低成本、更环保的要求。掺镓氧化锌(GZO)材料不含In元素绿色无毒,同时GZO薄膜既可以用作薄膜晶体管(TFT)的有源层,也可以用作TFT的电极层,有利于简化器件制备流程降低成本。本论文针对GZO薄膜展开系统研究,并将优化后的GZO薄膜尝试用于制备TFT的有源层和源漏电极,可为绿色环保TFT器件的研究提供参考。首先,本论文对脉冲激光沉积法制备GZO薄膜进行了系统研究。探究了脉冲激光沉积的激光能量、激光频率、薄膜厚度、沉积氧压、退火温度和Ga掺杂含量对GZO薄膜的结构、形貌、光电特性等的影响。结果表明:(1)激光能量和激光频率分别为450m J和5Hz时,GZO薄膜光电性能最优且缺陷态密度最低;(2)当GZO薄膜厚度为65nm时,薄膜电阻率低于3×10-5Ω·m,同时光透过率可以达到81.57%。超薄的GZO薄膜表面粗糙度小,表面缺陷态少,且为非晶态,有望应用在TFT的有源层中;(3)氧压的上升会使得薄膜的导电性急剧下降,这是因为氧气可以进入薄膜填充氧空位;(4)Ga2O3含量为2wt%的GZO靶材制备的薄膜光电性能最优;(5)制备的GZO薄膜具有较低的相转变温度(300℃),这是因为脉冲激光打出的等离子体本身具有高温高密度的特点,说明PLD法有助于降低退火温度。其次,对GZO有源层的TFT器件进行研究,探究了有源层厚度和沉积氧压对TFT性能的影响。结果表明:过薄的有源层载流子浓度太低,过厚的有源层关态电流较大且粗糙度高,最佳膜厚在27nm左右;未通氧的器件会呈现高导态,氧气浓度过高时易生成Ga Zn-Oin和Ga Zn-VZn等受体缺陷型络合物,最佳的沉积氧压为1.0Pa。最佳的器件性能对应μsat为12.32 cm2/V·s,Ion/Ioff为9.17×106,Vth为4.93V,SS为1.53 V/dec。最后,对GZO源漏电极的TFT器件进行研究,探究了Ga掺杂含量和退火温度对TFT性能的影响。结果表明当采用Ga2O3掺杂为2wt%的GZO靶材室温制备源漏电极时,器件性能最佳且偏压稳定性最好。器件的NBS基本无漂移,PBS正漂移低至2V,μsat为12.22cm2/V·s,Ion/Ioff为6.4×107,Vth为1.96V,SS为0.082V/dec。器件源漏电极与有源层之间的接触为欧姆接触且接触电阻非常低,最小RSD为2.0KΩ,RSD-eff为9.15×10-3Ω·cm2
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