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ZnMgO纳米薄膜在MOSFET和透明TFT中的应用

梁军  
【摘要】:日益增长的信息技术对超高集成度、高速、低功耗集成电路的需求,驱使晶体管的尺寸越来越小,随之而来的问题是作为MOS栅氧化物和DRAM电容介质的SiO_2迅速减薄至物理极限。另一方面,新材料的应用推动薄膜晶体管(TFT)平板显示技术迅猛发展。由此,我们对纳米ZnMgO薄膜在MOS晶体管和透明TFT的应用进行了多方面的探索研究,取得如下创新性结果: 1) ZnMgO纳米薄膜的生长与材料结构采用物理蒸发低温沉积系统(PELD)在不同衬底上,包括玻璃,石英和硅,制备了不同晶相的ZnMgO薄膜。因为生长温度低,生长的ZnMgO/衬底界面清晰,没有明显的氧化物过渡层。在氧气气氛下,经过400~700℃退火的薄膜,XRD测试半峰宽均小于0.4°,说明薄膜晶体具有良好的结晶性和热稳定性。 2) Al/C-ZnMgO/Si MIS结构电学性能和热稳定性 制备立方相C-ZnMgO MIS结构研究其电学性能。在1MHz测试频率下,C-ZnMgO材料的介电常数为10.5;大于1MHz,介电常数随频率增加而逐渐明显降低。通过电容—电压(I-V)和电流—电压(C-V)特性测试,我们研究了不同退火温度对MIS结构性能的影响。经过550~900℃退火处理的C-ZnMgO MIS结构的漏电流密度降低了3个数量级。发现550℃退火的C-ZnMgO薄膜中可动离子缺陷密度最小,这是因为退火后薄膜中的杂质缺陷得到有效的复合。高温900℃退火的薄膜有最好的界面特性结果,界面处形成了硅酸盐化合物MgSi_xO_y,进而提高了界面质量。但是薄膜中杂质缺陷增加。这可能是因为在900℃下Zn离子与O离子从ZnMgO薄膜中析出并且向表面移动,从而增加了薄膜中的缺陷,与此同时,界面处有硅酸盐化合物MgSi_xO_y的形成从而提高了界面质量。这些材料结构与电学性能的研究有助于推动C-ZnMgO在MOSFET工艺中的应用。


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