高遷移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶體管的研究

高遷移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶體管的研究

岳 蘭 張 群

(復旦大學材料科學系 上海 200433)

　　摘要 透明非晶氧化物半導體薄膜晶體管(TAOS-TFT)由于具有場效應(yīng)遷移率高、均勻性好、對可見光區(qū)透明、可低溫制備以及環(huán)境穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，成為最有希望的下一代薄膜晶體管之一。近年來，為了降低工業(yè)化成本，溶液法制備TAOS-TFT 受到了研究人員的青睞。然而，溶液法制備的氧化物半導體薄膜由于缺陷的存在，從而使得器件的遷移率較低、關(guān)態(tài)電流較大。因此，通過選取合適的摻雜元素以及探索最佳的組份以控制薄膜缺陷從而促進器件的性能還有待進一步研究。同時，為了推動透明顯示和柔性顯示等新一代顯示技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)可低溫制備且具備較好光學和電學性能的介質(zhì)層具有重要的現(xiàn)實意義。

　　本文基于溶膠-凝膠法，利用浸漬提拉工藝，以摻Al 非晶In-Zn-O(a-AIZO)作為溝道層，嘗試采用有機聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無機SiO2/Al2O3作為介質(zhì)層，從而將無機透明非晶氧化物溝道層和有機介質(zhì)層材料的優(yōu)點結(jié)合起來研制了混合型頂柵結(jié)構(gòu)的a-AIZO-TFT，并研究了溝道層中Al 含量對器件性能的影響。樣品的SEM 截面圖表明利用浸漬提拉工藝可以制備出厚度均一、表面平整以及致密的薄膜。XPS 測試顯示摻Al 能減少銦鋅氧化物薄膜中的氧空位，從而對銦鋅氧化物薄膜的載流子濃度能起到一定的抑制效果。

　　因此，摻Al 能減小器件的關(guān)態(tài)電流，提高器件的開關(guān)比。透射率測量結(jié)果表明，采用有機PMMA 介質(zhì)層與a-AIZO 氧化物半導體溝道層構(gòu)成的雙層薄膜，可以達到增透的效果，從而揭示了其制備全透明TFT 的潛在優(yōu)勢。通過初步優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得了具有較高飽和遷移率26.8 cm2/Vs，較低亞閾值擺幅0.24 V/decade，開關(guān)比大于104，器件綜合性能優(yōu)良的a-AIZO-TFT 器件。