基于復(fù)合絕緣層的a-IGZO薄膜晶體管制備及其性能研究.pdf

1、自2003年細(xì)野秀雄教授發(fā)現(xiàn)并首次應(yīng)用非晶態(tài)的氧化銦稼鋅薄膜材料（Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide，a-IGZO）制備薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）以來，a-IGZO TFT憑借其高遷移率、可見光區(qū)透明及非晶態(tài)結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是可應(yīng)用于大尺寸顯示及柔性顯示領(lǐng)域的下一代薄膜晶體管材料。本論文主要研究基于復(fù)合絕緣層的a-IGZO TFT器件制備工藝對(duì)器件性能的影響，

2、其中包括單Al2O3絕緣層與單聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）絕緣層的a-IGZO TFT器件制備工藝，Al2O3與PMMA復(fù)合絕緣層的制備工藝，以及有源層制備條件對(duì)復(fù)合絕緣層a-IGZO TFT器件性能的影響，具體內(nèi)容為：
　?。?）首先研究了氧分壓和濺射功率對(duì) a-IGZO薄膜表面形貌及導(dǎo)電性能的影響，以獲得制備 TFT所采用的 a-IGZO濺射工藝條件。結(jié)果表明：氧分壓范圍從0％

3、到4%時(shí)，電阻率隨氧分壓升高而顯著增大，表面粗糙度均方根值（Root Mean Square，RMS）則是先下降后升高，在2%時(shí)達(dá)到最優(yōu)；濺射功率范圍從120W到210W時(shí)，電阻率與表面粗糙度均隨濺射功率升高而下降，但變化幅度較小，在180W以后不再出現(xiàn)明顯變化。綜合分析從而得出了a-IGZO薄膜的最佳制備工藝為氧分壓2%，濺射功率180W。
　?。?）在確定 IGZO制備工藝的基礎(chǔ)上，分別研究了基于反應(yīng)磁控濺射法制備Al2O3絕

4、緣層和旋涂法制備PMMA絕緣層的a-IGZO TFT器件。針對(duì)單Al2O3絕緣層器件，改變氧分壓從16%到28%，分析得出氧分壓為20%時(shí)制備的Al2O3薄膜表現(xiàn)出較好的絕緣性能，器件的關(guān)態(tài)漏電流降到10-7A量級(jí)的同時(shí)載流子遷移率提高至1.41cm2/V·s；隨后基于單PMMA絕緣層，研究旋涂的速率對(duì)薄膜厚度及對(duì)應(yīng)TFT器件的影響，旋涂法制備的薄膜表面粗糙度均小于0.5nm，遠(yuǎn)小于反應(yīng)濺射Al2O3的結(jié)果，對(duì)應(yīng)的TFT器件的關(guān)態(tài)性能較

5、好，最小關(guān)態(tài)電流達(dá)到了10-9A，相比Al2O3下降了2個(gè)數(shù)量級(jí)，但器件的飽和輸出能力較差。
　?。?）通過分析單絕緣層器件的優(yōu)缺點(diǎn)，研究基于Al2O3和PMMA復(fù)合絕緣層的a-IGZO TFT器件與單絕緣層器件的性能對(duì)比，以及改變有源層濺射功率對(duì)復(fù)合絕緣層器件的影響。結(jié)果表明復(fù)合絕緣層可以有效降低器件的關(guān)態(tài)電流和亞閾值擺幅，開關(guān)比提升了近10倍，性能得到提升；通過對(duì)濺射功率的研究發(fā)現(xiàn)，隨著濺射功率的提高，器件性能呈現(xiàn)出先上升后下

6、降的趨勢(shì)，功率為180W時(shí)的器件性能最好，載流子遷移率達(dá)到了1.23cm2/V·s，開關(guān)比為3×104，亞閾值擺幅降低到4.4V/dec。
　?。?）最后研究了導(dǎo)電a-IGZO緩沖層對(duì)復(fù)合絕緣層TFT器件的影響。發(fā)現(xiàn)通過添加一層3nm厚的導(dǎo)電性 a-IGZO緩沖層，器件的開態(tài)漏電流提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)關(guān)態(tài)漏電流下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，開關(guān)比提升到3.8×106，載流子遷移率提高到4.32cm2/V·s，是無緩沖層器件的3.43倍，閾值