多元氧化物半導體薄膜分子束外延生長及性能研究.pdf

1、多元氧化物半導體是一類常見的功能材料，具有光學帶隙較大、熔點較高、在可見光波段透明度較高等優(yōu)良特性，可應用于太陽能透明導電電極、液晶顯示器、紫外光響應器件等多個領域。薄膜晶體管作為液晶顯示的像素開關與像素驅動元件，起著非常重要的作用。本文瞄準非晶態(tài)ZnSnO3薄膜和非晶態(tài)ZnGeO3薄膜兩種氧化物半導體，制備了ZnSnO3薄膜與ZnGeO3薄膜。在此基礎上，研制了ZnSnO3薄膜晶體管，探索了非晶ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體

2、管的可行性。并初步測試了 ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體管的光電響應特性。本文的具體內容和結論如下：
　　1.采用分子束外延制備了ZnSnO3薄膜，探索了射頻源功率對薄膜的表面形貌以及光學性質等的影響。結果顯示，不同射頻源功率下的ZnSnO3薄膜均呈非晶態(tài)，隨著氧離子的能量增大以及氧離子的數(shù)量增多，ZnSnO3薄膜逐漸趨于平整致密，均方根粗糙度逐漸減小?？梢姽馔干錅y試顯示出，當射頻源功率大于200W時， ZnSnO3薄膜

3、在250 nm~350 nm波段存在銳利的吸收峰，在波長400 nm~1000 nm范圍平均透射率達80％，利用Tauc公式推導出ZnSnO3薄膜的光學帶隙約為3.41 eV。XPS測試顯示ZnSnO3薄膜中存在一定比例的氧空位。
　　2.針對優(yōu)化制備工藝，制備了ZnSnO3薄膜晶體管，測試與計算結果表明，溝道寬長比W/L=80μm/13μm的薄膜晶體管為n溝道增強型類型，閾值電壓為5V，電子遷移率為6.35×10-3 cm2·V

4、-1·s-1，亞閾值擺幅為25 V/decade，開關電流比為38。分析認為，薄膜晶體管電子遷移率不高的可能原因有：首先，由于ZnSnO3薄膜中存在一定比例的氧空位，氧空位帶正電，從而捕獲載流子。其次，ZnSnO3薄膜與SiO2薄膜界面處存在界面缺陷，載流子有一定幾率被界面缺陷所捕獲。
　　3.采用分子束外延制備了ZnGeO3薄膜，相關測試結果表明ZnGeO3薄膜為非晶態(tài)，薄膜表面平整致密，在可見光波段平均透射率高達90%，通過T

5、auc公式推導出ZnGeO3薄膜的光學帶隙約為4.1 eV。XPS測試顯示出ZnGeO3薄膜中有不可忽略的氧空位存在。
　　4.研制了 ZnSnO3/ZnGeO3異質結結構的薄膜晶體管，探索了非晶ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體管的可行性。相關測試及計算表明，溝道寬長比W/L=80μm/13μm的薄膜晶體管閾值電壓為-10 V，電子遷移率為0.06 cm2·V-1·s-1，亞閾值擺幅為33 V/decade，開關電流比為4

6、0。溝道寬長比W/L=80μm/3μm的薄膜晶體管閾值電壓為-14 V，電子遷移率為0.05 cm2·V-1·s-1，亞閾值擺幅為28V/decade，開關電流比為44。相比ZnSnO3薄膜晶體管，ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體管的電子遷移率提高了一個數(shù)量級。同時，ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體管出現(xiàn)了閾值電壓相對減小的現(xiàn)象。這說明，非晶 ZnSnO3/ZnGeO3異質結薄膜晶體管的性能得到了有效提高，非晶異質結薄膜