稀土镨掺杂氧化物薄膜晶体管研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong507
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金属氧化物薄膜晶体管(MOTFTs)具有迁移率高,均匀性好,关态电流低等特性,在新型显示领域具有较好的应用前景,但光照和热条件下的负偏压稳定性(NBITS)较差是当前氧化物薄膜晶体管在实际应用中必须面对的挑战。前面的研究发现稀土元素镨(Pr)掺入铟锌氧化物(IZO)体系内,可以明显地改善器件光偏压稳定性。为进一步探索Pr掺杂特性,本文将稀土元素Pr掺入铟镓氧化物(IGO)基材中,制备了基于刻蚀阻挡层(ESL)结构的高NBITS稳定性TFT。另外,开发了基于PrIGO为有源层的自对准共面结构型器件。具体研究结果如下:本文首先对IGO有源层的制备条件进行探索,获得了性能相对较好的工艺参数。其后,采用共溅射的方法将不同比例的稀土元素Pr掺入IGO体系,成功制备出NBITS稳定性较高的PrIGO TFTs。最后,为探究PrIGO TFTs稳定性改善的原因,对Pr掺杂前后的IGO薄膜进行表征分析。为进一步探究器件稳定性改善的原因,针对IGO TFTs和PrIGO TFTs的低频噪声特性展开实验研究。研究表明:Pr掺杂前后,沟道电流的功率谱密度与频率的关系均满足1/fγ(γ≈0.8)的关系;器件的低频噪声主要来源于沟道区,符合载流子数涨落模型,根据载流子数涨落模型,提取IGO TFTs和PrIGO TFTs界面处的缺陷态密度分别为8.12×1017 cm-3·e V-1和9.73×1017 cm-3·e V-1。证实了Pr元素掺入到IGO体系内可以诱导出浅能级缺陷态,缺陷辅助模型在IGO体系内仍然适用,器件NBITS稳定性的改善可以归因于缺陷辅助模型。最后,进一步研究了基于PrIGO为有源层的自对准共面结构型器件,且对制备自对准共面结构型器件的实验工艺进行了探究。结果表明:当N2O plasma处理功率为40 W,有源层厚度为20 nm且溅射气氛中的氧含量为10%时,器件有相对较好的基本性能,此时,器件的饱和迁移率为26.9 cm~2/Vs,开启电压为-0.4 V,亚阈值摆幅为0.26 V/decade,电流开关比大于10~9。
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