| 题名 | In2O3-TFT 的制备及其性能研究 |
| 作者 | 张海忠 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2010-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曹鸿涛 |
| 中文摘要 | 本文制备了底栅结构的氧化铟(In2O3)基薄膜晶体管，并对其性能进行了研究。 In2O3 是一种具有立方铁锰矿结构的宽禁带氧化物半导体材料，禁带宽度约为3.6 eV，也是一种典型的透明氧化物半导体材料，在可见光波段表现出了良好的透明性。 近年来，基于透明氧化物半导体(TOS)材料的薄膜晶体管已经引起了国内外学者的 广泛关注。除了在可见光区具有良好的透明性外，TOS 材料作为TFT 沟道层的主要 优势还在于其高的场效应迁移率，以及容易实现低温制备。In2O3材料作为一种典型 的TOS 材料，除了具有TOS 材料共有的一些优势外，特别地，In2O3材料的导带底 是由In 的5s 类自由电子态与高度分散的O的2s 电子态杂化而成，而价带边是由O 的2P 电子态与In 的5d 电子态杂化而成。In2O3材料独特的能带结构，导致了载流 子的均匀分布，使载流子的散射作用大大减小，这样使得In2O3 材料呈现出了更高 的载流子迁移率。In2O3材料的这些优势，使得In2O3-TFT能够更有希望用于下一代 柔性透明电子器件中。 室温下，利用射频磁控溅射手段在热氧化硅片上沉积了In2O3薄膜，作为TFT 的沟道层。通过扫描探针显微镜（SPM）、光谱椭偏仪（SE）等表征手段，分析了 不同的工作气压对TFT性能的影响。实验结果表明，随着沟道层沉积气压的减小， TFT的性能明显提高，主要归因于低气压下沟道层表面形貌的改善和增强的薄膜致 密度。低气压下制备的晶体管显示出了最佳的器件性能，场效应迁移率为31.6 cm2V-1s-1 ，电流开关比约为107 ，低的关断电流0.1 nA，阈值电压7.8 V。 由于采用的是低介电常数的SiO2作为介质层，制备出的In2O3-TFT呈现出了较 高的阈值电压和亚阈值摆幅。为了实现薄膜晶体管的全透明，同时克服SiO2作为介 质层的不足，实验中选择了高介电常数的氧化钇（Y2O3）作为TFT的介质层。Y2O3 是一种宽禁带，禁带宽度约为5.5 eV，高介电常数，介电常数约为15 的介电材料。 Y2O3薄膜宽的禁带宽度，使其在可见光波段具有良好的透明性，而高的介电常数， 可以在很大程度上降低亚阈值摆幅和阈值电压。此外，氧化钇材料中的Y3+ 阳离子 与氧化铟材料中的In3+ 阳离子具有相同的化合价，并且氧化钇介质层与氧化铟沟道 层之间的导带偏移量约为2.6 eV，因此，它们之间有较好的界面匹配，这对于制备 高性能的晶体管是非常有利的。 In2O3-TFT的制备及其性能研究 ii 利用射频磁控溅射手段在ITO 玻璃上制备了全透明的TFT。 ITO 玻璃作为衬 底，ITO薄膜作为栅电极，Y2O3薄膜作为介质层，In2O3薄膜作为沟道层，IZO薄膜 作为源、漏电极。分析了不同的沟道层厚度、沟道层沉积氧分压对TFT性能的影响， 得到的最佳沟道层厚度为60 nm，最佳氩气与氧气流量比为6 sccm/6 sccm。 通过XPS、SE、以及I-V 和C-V 等表征手段，对Y2O3薄膜的介电特性进行了 分析，得到的最佳制备参数为氩气与氧气流量比为4.5 sccm/1.5 sccm。 在前面工作中已经得到的最佳工艺参数的基础上，制备了In2O3-TFT，器件表 现出了非常好的电学性能，场效应迁移率为43.5 cm2V-1s-1 ，亚阈值摆幅为0.28 V/decade,电流开关比为108 ，低的关断电流1.0×10-12 A，阈值电压为3.0 V。此外， 对In2O3-TFT 的整体器件进行了光学透过率表征，器件表现出了良好的透明性，在 可见光波段的平均透过率达到了80%以上。 具有竞争力的器件性能，良好的透明性，以及室温制备工艺，使得In2O3-TFT 在下一代透明柔性电子器件中具有非常诱人的应用前景。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-07-21 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/529]  |
| 专题 | 宁波材料技术与工程研究所_硕/博士论文成果 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张海忠. In2O3-TFT 的制备及其性能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
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