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氧化物薄膜晶体管和反相器的制备与性能研究

赵俊威  
【摘要】:随着生活中薄膜晶体管(TFT)应用范围的扩展,同时人们对以TFT为基础单元的高分辨和大尺寸平板显示质量期望的提高,促进有较高迁移率,较小阈值电压,较大光学透过等良好性能的TFT的研制。随着研究的深入,氧化物半导体TFT以其优良的性能和相对简单的制备工艺,得到科研人员的重视和认可,目前一些性能优良的氧化物TFT在实际中得到初步应用。对于氧化物TFT有多种制备工艺,本文主要是利用磁控溅射在硅衬底和玻璃衬底上制备n型IZO-TFT,其中在玻璃衬底上制备二氧化锆(ZrO_2)薄膜作为绝缘层制备出全透明IZO-TFT。以此IZO-TFT为基础器件辅加外围电路制备出具有较高增益的电阻负载型反相器。同时采用磁控溅射法制备p型CuO-TFT,为进行互补型反相器电路制备做基础。本论文首先叙述了TFT发展历史。硅基TFT的发展比氧化物TFT发展要早,技术也较氧化物TFT技术成熟,目前以硅基TFT应用较为广泛,随着研究的深入氧化物TFT逐步得到应用。同时还叙述了晶体管的分类和各类结构的晶体管的优缺点,简单叙述了不同结构的TFT对其性能的影响。但是不同结构的TFT工作原理都是一样的,本实验制备底栅顶电极结构的TFT作为研究对象。为了改善TFT工作性能,我们利用溶胶凝胶法制备高介电系数的ZrO_2薄膜作为栅电极绝缘层,高介电常数材料作为绝缘层对于降低TFT饱和电压减小器件亚阈值摆幅有很大影响。其制备过程是经过躯体溶液制备和匀胶后,并在空气中退火后制备出具有良好绝缘性能薄膜,由于较低退火温度的薄膜呈现非晶状态减少了薄膜晶界漏电流的影响。以此ZrO_2薄膜结合ITO玻璃衬底我们制备出全透明IZO-TFT,该器件具有良好的光学透过率以及较小的饱和电压,可以应用在一些全透明低功率电路中。我们对器件进行紫外辐照测试,发现器件在稍高强度紫外光照射下关态电流的增加比较明显。以此透明TFT制备出在低输入电压下电阻负载型反相器。我们同时在硅衬底上制备了IZO-TFT和CuO-TFT,以期制备出互补性电路。室温下制备出的IZO-TFT在30V电压下有良好的饱和特性以及较高的电流开关比。但是室温下制备CuO-TFT性能不理想,在500℃空气中进行退火后的CuO-TFT性能有所提高,但是不足以应用在互补性反相器电路中,有待于进一步实验研究。


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