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基于薄膜晶体管应用的功能薄膜AIN和ZnO的生长与特性研究

梁俊华  
【摘要】:作为下一代光电子器件,透明电子器件正在国际上引起广泛的关注。透明的薄膜晶体管(TFT)作为当前最具有商业价值的透明电子器件,即将成为有源矩阵液晶显示(AMLCD)和有机发光显示(OLED)的关键技术。目前硅基TFT(特别是非晶硅TFT)正面临一系列性能瓶颈:光敏性强、场效应迁移率低以及材料的不透明性。利用透明的氧化物半导体材料—氧化锌(ZnO)制备的TFT可以在一定程度上克服这些困难。ZnO是一种多功能的宽禁带直接带隙半导体材料,具有六角纤锌矿型的晶格结构,室温下禁带宽度约为3.37eV,对可见光的透射率很高。此外,利用磁控溅射法可以在较低的衬底温度下制备高质量的多晶ZnO薄膜,这对于电子驱动的响应速度是十分有利的。氮化铝(AlN)是一类重要的宽带隙Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料,电阻率高,击穿场强大,适合作为绝缘材料应用于TFT结构。此外,由于AlN的晶格结构与ZnO相同,所以也可作为生长高质量ZnO薄膜的缓冲层,并改善ZnO/AlN界面结构。 本论文中利用射频磁控反应溅射技术在不同的衬底上制备出高质量的AlN和ZnO薄膜,用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、喇曼光谱仪和紫外—可见分光光度计等测试手段对沉积薄膜的结构和光学性能进行了表征。结果发现,AlN薄膜的择优取向与氮氩气压比P_(N2)/P_(Ar)、溅射气压P_s、衬底温度T_s和射频功率P有很大关系。在P_(N2)/P_(Ar)=3∶1,P=300W,T_s=300℃,P_s=0.5Pa的条件下,AlN薄膜c轴择优取向达到最佳;通过引入低温AlN缓冲层,显著增强了ITO玻璃衬底上沉积AlN薄膜的c轴择优取向,在晶粒增大的同时降低了表面平均粗糙度,为生长高质量的AlN薄膜提供了实验依据;此外,根据包络线法理论,利用透射率曲线的极值点计算得到可见光波段内AlN薄膜的折射率n和消光系数κ。当λ=554nm时,n=2.0187,κ=0.0077。 通过对ZnO薄膜的研究发现,工艺参数是影响薄膜结晶性能的关键因素。随着衬底温度的上升和射频功率的提高,ZnO薄膜(002)面衍射峰显著增强,晶粒尺寸进一步增大;溅射气压升高,(002)面衍射峰先增强后减弱,这主要是由


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