基于IGZO-TFT的打印银源漏电极研究

【摘要】：近年来,因打印技术的低成本、环境友好、高效率和直接写等优势,有望广泛应用于金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)中图形化电极的制备;随着高密度、大尺寸、柔性和低能耗电子器件的快速发展,对打印电极提出了更高的要求。因此,研究高性能银电极的打印工艺、优化打印电极的形貌以及改善电极和功能层的界面特性,对实现高性能氧化物薄膜晶体管的电学性能十分必要。首先,本论文以一种常见的银纳米颗粒墨水(DGP 40TE-20C)作为研究对象,通过在与打印机相连的电脑程序上设计多种图案,打印不同形貌的银(Ag)电极,并通过分析墨滴间距,基板温度等参数对于Ag薄膜的影响。实验结果表明,当银纳米颗粒墨水的墨滴间距设置为25μm、基板温度控制为60℃时,能够打印出高性能Ag电极。其中银重量百分比为78.30%,电阻率为3.3μΩ·cm。基于非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)打印银纳米颗粒墨水源漏电极制备a-IGZO TFT,器件的迁移率为0.15 cm~2V~(-1)s~(-1)、电流开关比为10~4、开启电压约6.1 V。器件的TEM和EELS测试结果表明银纳米颗粒墨水中的分散剂等有机物在固化过程中难以去除,导致Ag电极和a-IGZO的接触不好,器件性能很差。其次,采用另外一种不含分散剂的银盐墨水(TEC-IJ-010)作为研究对象,对打印工艺进行优化,当墨滴间距为25μm,基板温度为60℃时,可实现高性能银电极的打印。其中银重量百分比为76.65%,电阻率为4.2μΩ·cm。打印银盐墨水电极制备相同结构的a-IGZO TFT,器件的迁移率为4.28 cm~2V~(-1)s~(-1)、电流开关比为10~6、开启电压约0 V。TEM和EELS测试结果表明不含分散剂的银盐墨水器件能有效去除Ag电极和a-IGZO界面处的有机物残留,改善界面特性,大幅度提高器件性能。最后,采用银盐墨水(TEC-IJ-010)喷墨打印Ag源漏电极阵列制备a-IGZO TFT,通过调控驱动打印头压电波形中的加压速率Slew Rate和脉冲持续时间T,克服了大面积打印高精度图形化薄膜中常见的“卫星点”问题,得到形貌均匀的a-IGZO TFT阵列,测试结果表明,阵列单元的大小约为400μm×400μm,沟道宽度约为23μm,迁移率为1.49 cm~2V~(-1)s~(-1),开关比为10~5,具有良好的电学特性。