论文部分内容阅读
目前,随着市场上曲面屏、大尺寸显示面板的出现,显示技术对薄膜晶体管(TFT)的性能提出了越来越高的要求。因此TFT也朝着多元化的方向发展。多元氧化物TFT由于不同元素之间掺杂表现出特殊的性能,备受研究人员的关注。氧化铟锡锌(ITZO)材料是制备TFT有源层的热门材料之一,以ITZO作为有源层的TFT具有可见光范围内高透过率、高场效应迁移率、高电流开关比、低亚阈值摆幅等特点,如果将其应用到显示技术中将可以实现高清晰度、高对比度、高画质显示面板的制作。但氧化物在实际应用过程中稳定性较差,并且ITZO是近几年才被研发的一种多元氧化物材料,目前国内外对该材料以相关器件的报道不多,其制备工艺和性能需要进一步探索。因此,本文利用射频磁控溅射工艺制备ITZO基的TFT,采用氮钝化氧空位的方式优化TFT的性能,通过调整有源层的制备参数以及改变源漏电极材料,改善TFT的稳定性及微观结构、光学性能和电学性能。(1)分别在0、2、4、6、8和10 mL/min的氮气流量条件下制备了 ITZO薄膜和相应的TFT。结果表明:在不同氮气流量下制备的ITZO薄膜均为非晶结构,其在可见光范围内的平均透过率约90%,光学带隙值为3.28-3.32 eV。适量氮气掺杂可以填补TFT中的氧空位,起到钝化作用,优化TFT的电学性能,提高TFT的稳定性。但如果氮气流量过高,则会引入氮相关的缺陷态,使器件性能劣化。实验证明,最优氮气流量为4 mL/min,该条件下制备的TFT电学性能最优,并在栅极正偏压应力测试中,该TFT表现出最优的稳定性。(2)制备ITZO:N有源层厚度为15、25、35、45和55 nm的TFT,测试发现随着有源层厚度的增大,薄膜由非晶态向结晶态转变,膜层中出现InN(002)微晶。有源层厚度太薄时,薄膜成膜质量欠佳,从而导致TFT中存在较多缺陷态;有源层厚度≥45 nm时,薄膜中的InN晶粒引起的晶界散射会降低TFT的载流子迁移率。在有源层厚度为35 nm时,TFT的电学性能最佳,μFE高达17.53 cm2/(V·s),Ion/off高于 106,SS为0.36 V/dec。(3)分别在50、60、70和80 W的溅射功率下制备了 ITZO:N TFT,测试结果表明:不同溅射功率制备的ITZO:N薄膜均为非晶态,其在可见光范围内平均透过率约90%。综合分析薄膜和TFT的各项性能发现,在溅射功率为60 W时,ITZO:N有源层均匀致密,器件电学性能最佳。溅射功率过高会导致成膜质量变差,缺陷态增多,器件性能下降。(4)在相同制备工艺参数下,分别使用ITO和A1作为TFT的源漏电极,研究了源漏电极材料对ITZO:N TFT电学性能的影响。实验结果表明:Al和ITO薄膜相比,Al薄膜中存在的孔洞和大颗粒,会造成TFT中缺陷态的增大;此外,Al和ITZO:N有源层的界面处容易发生界面反应,形成AlOx高阻层,阻碍载流子迁移,降低TFT的开关比,劣化TFT性能。