基于AZO电极的透明和柔性TFT研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jie_169
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透明柔性电子器件因可弯曲和视觉观感好等优点,使之具有广阔的应用前景。实现可弯曲、透明和无毒薄膜晶体管(TFT)是绿色透明柔性显示的关键。本论文主要对基于掺铝氧化锌(AZO)电极的透明和柔性TFT制备工艺进行了研究,通过设计新型电极结构、优化制备手段和工艺参数,实现制备高透射率、高性能和可弯曲TFT器件。本文首先设计了一种物理气相沉积(PVD)制备的AZO/Al/AZO/Al/AZO叠层透明源漏电极,其中纳米Al中间层提供的载流子可提高薄膜导电性;并且Al层和AZO之间的等离子耦合效应可改善透射率。实验结果表明,当在60 nm AZO中插入2层4 nm的Al层时,叠层薄膜的透射率可达82.64%,其薄膜电阻率为6.64×10-3??cm,功函数降低至3.95 eV。采用PVD的透明叠层源漏极IGZO-TFT器件饱和迁移率(μsat)为3.2cm2 V-1s-1,开关比为1.59×106,透射率为72.5%。其后,开展了室温工艺脉冲激光沉积(PLD)制备AZO源漏极的研究。随着激光能量提高,沉积薄膜质量逐渐改善;但当激光能量大于450 mJ时,由于沉积速率过快,薄膜的质量反而下降。经过优化后的AZO薄膜电阻率低至1.4×10-3Ω?cm,透射率为93.7%;且功函数降低至3.68 eV,与IGZO半导体之间的势垒高度较低,有利于电子传输。对应的透明AZO源漏极IGZO-TFT器件接触电阻低至0.3 MΩ,源漏极与半导体层之间具有良好的欧姆接触;且饱和迁移率为7.7 cm2 V-1s-1,开关比为3.59×106。在获得高性能AZO透明源漏电极的基础上,进一步开展了AZO透明栅极的研究。实验表明PVD制备的AZO栅极性能较优,PVD沉积有利于AZO薄膜结晶,提升了栅极电学性能;在低氧环境下,电极有较高的电导率,薄膜电阻率为4.8×10-3Ω?cm,透射率为88%,且粗糙度低至0.888 nm。采用PVD的AZO透明栅极IGZO-TFT器件迁移率高达9 cm2 V-1s-1,开关比为6.05×106,SS为0.326 V/dec。基于上述研究实现了全AZO透明电极的IGZO-TFT器件,迁移率高达9.17 cm2 V-1s-1,开关比为5.14×106,SS为0.235V/dec。论文还探索了基于聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底的全AZO透明电极的柔性IGZO-TFT,其迁移率可达到7.9 cm2 V-1s-1,Ion/Ioff为4.58×106,SS为0.235 V/dec,透射率达到58.1%。该器件在柔性弯折中表现出良好光学和电学稳定性,体现出其在柔性和透明电子领域中有着的巨大潜力。
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