NIMTE OpenIR  > 硕/博士论文成果
In2O3-TFT 的制备及其性能研究
张海忠
Subtype硕士
Thesis Advisor曹鸿涛
2010-05-30
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Abstract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。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/529
Collection硕/博士论文成果
Recommended Citation
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.
Files in This Item:
File Name/Size DocType Version Access License
In2O3-TFT的制备及其性能研究.p(8938KB) 开放获取LicenseApplication Full Text
Related Services
Recommend this item
Bookmark
Usage statistics
Export to Endnote
Google Scholar
Similar articles in Google Scholar
[张海忠]'s Articles
Baidu academic
Similar articles in Baidu academic
[张海忠]'s Articles
Bing Scholar
Similar articles in Bing Scholar
[张海忠]'s Articles
Terms of Use
No data!
Social Bookmark/Share
All comments (0)
No comment.
 

Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.