【摘 要】
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金属氧化物半导体为基础的薄膜晶体管具备迁移率高,均匀性好,工艺温度低等优点,因此在平板显示领域有广阔应用前景。IGZO等代表性金属氧化物半导体均需要铟元素,存在价格昂贵和有毒等问题,因此无铟金属氧化物半导体引起学界和产业界的广泛重视。本文制备了掺锆的铝锌锡氧化物（Zr-AZTO）半导体薄膜和器件,并研究了各种工艺参数对其性能的影响。首先,本研究采用ZrO2靶和原子比为Zn:Al:Sn:O=4:0.
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金属氧化物半导体为基础的薄膜晶体管具备迁移率高,均匀性好,工艺温度低等优点,因此在平板显示领域有广阔应用前景。IGZO等代表性金属氧化物半导体均需要铟元素,存在价格昂贵和有毒等问题,因此无铟金属氧化物半导体引起学界和产业界的广泛重视。本文制备了掺锆的铝锌锡氧化物（Zr-AZTO）半导体薄膜和器件,并研究了各种工艺参数对其性能的影响。首先,本研究采用ZrO2靶和原子比为Zn:Al:Sn:O=4:0.5:7:18.75的AZTO靶,并使用共溅射法制备了Zr-AZTO薄膜。通过调节沉积薄膜厚度、溅射功率、溅射氧气含量和退火温度等参数,研究了其对薄膜理化特性、光学性能、氧空位、霍尔迁移率、载流子浓度和局域态等的影响。薄膜粗糙度随厚度增加而增加,霍尔迁移率和体载流子浓度随退火温度增加而增加。经过优化后,最佳工艺条件为:薄膜厚度10 nm～20 nm、ZrO2靶功率15 W、AZTO靶功率100 W、退火温度450℃和氧气含量5%;对应的薄膜性能参数为:透过率82%（@600 nm）、霍尔迁移率4.07 cm~2·V-1·s-1、载流子浓度1.96′1018cm-3。其次,本文使用Zr-AZTO半导体薄膜作为有源层,成功制备了薄膜晶体管器件。随厚度的增加,器件迁移率和开关比先增加后减小。随着退火温度的提升,器件的迁移率增加,器件正偏压稳定性增加。经过优化,当工艺条件为Zr-AZTO有源层厚度10 nm、ZrO2靶功率15 W、AZTO靶功率100 W、退火温度450℃和氧气含量5%时,器件的迁移率μsat为18.49 cm~2·V-1·s-1、开启电压Von为-3.25 V、阈值电压Vth为1.95 V、开关比Ion/off为1.36′10~7以及SS为0.21 V/decade。在施加3600 s正向电压20 V后,器件开启电压正向漂移2.76 V;施加3600 s反向电压20 V后,器件开启电压反向漂移5.12 V。
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