近些年,以薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFTs)液晶显示器为代表的新一代平板显示器已经成为信息产业的重要发展方向之一。然而,随着大面积平板显示器对于高分辨率和高帧频的要求日益增加,对作为驱动原件的TFTs要求越来越高,尤其是TFTs的迁移率和稳定性等方面。非晶氧化物半导体(Amorphous Oxide Semiconductors,AOSs)在高迁移率、光学透明性、低成本以及大面积制备等方面都具有很大的发展潜力,因而吸引了人们的广泛关注,成为新一代平板显示器的主要材料之一。虽然目前以非晶铟镓锌氧为代表的非晶氧化物TFTs的性能相较于以前有了很大的进展,其性能亟待进一步改善和提升,以便满足日益发展的要求。本论文主要采用溶胶-凝胶法对非晶氧化物TFTs进行掺杂,利用各种相关测量表征手段,对器件性能进行详尽的测量,研究掺杂对于非晶氧化物TFTs迁移率以及稳定性的影响,阐明作用机制并提出改善非晶氧化物TFTs综合性能的途径。论文主要围绕以下三个部分展开:1、碱金属掺杂的非晶铟锌氧(a-InZnO)TFTs的研制。用溶液法制备a-InZnO TFTs具有成本低、环保、易操作且可以大面积制备等优点,但由于a-InZnO TFTs的迁移率相对较低,一般只有1-10cm2/V·s,严重限制了它的实际应用。为了改善其性能,我们采用溶胶凝胶法将碱金属(Li、Na、K)掺杂到a-InZnO薄膜中,制备出大电流,低亚阈值摆幅的TFTs,迁移率可以达到了 34.5 cm2/V·s。此外,碱金属掺杂的a-InZnO TFTs的稳定性相较于未掺杂的a-InZnO TFTs也得到了大幅度提升。分析测试和表征结果表明,碱金属在a-InZnO TFTs中往往是作为施主对薄膜进行n型掺杂,增加了 TFTs中的载流子浓度。同时,碱金属掺杂明显减少了 TFTs中的氧空位,改善有源层和栅绝缘层之间的界面质量。该工作表明了碱金属掺杂是一个提高a-InZnO TFTs性能的有效方法,为制备高性能a-InZnO TFTs提供了一个新的思路。2、金属钨(W)掺杂a-InZnO TFTs的研制与机理分析。电学应力下TFTs的稳定性是衡量薄膜晶体管能否进行实际应用的一个重要参数,也就通常所说的偏压稳定性。薄膜晶体管在栅极电压的控制下进行开启和关断,这就要求薄膜晶体管在长期偏压情况下,依然具有稳定的电学特性,避免性能退化导致的显示器失效。a-InZnO TFTs往往具有一个较差的偏压稳定性,为了改善其稳定性,以镓和W为代表金属离子对a-InZnO TFTs进行掺杂是一个非常有效的手段,这些金属阳离子和氧之间具有较强结合能,从而抑制氧空位的产生,改善薄膜晶体管的稳定性。然而,在以往的报道中,TFTs在稳定性得到提升的同时,其迁移率却相对降低。我们针对这一掺杂体系进行了深入研究,结果表明,痕量的W掺杂不仅能明显改善a-InZnO TFTs的稳定性,对器件的迁移率也有一定的增强作用。这主要得益于W在非晶薄膜中有效的抑制了氧空位的产生,并在一定程度上提升载流子沟道层载流子浓度,进而提升迁移率。在器件稳定性提高的同时,迁移率到达了 30.5 cm2/V·s。此外,我们对W掺杂的a-InZnO TFTs进行了脉冲电流电压测试,对其中的掺杂机制进行了研究,发现W掺杂可以明显改善薄膜界面质量。该工作为TFTs在平板显示领域高稳定性、高迁移率的应用提供了新思路。3、高迁移率非晶铟镓锌氧(a-InGaZnO)/铟锡氧(ITO)纳米线(NWs)复合TFTs的研制。研制出全透明高性能的复合薄膜,并对复合薄膜性能提升机制进行深入的研究。我们利用化学气相沉积法制备出了透明的ITO NWs,并将其掺杂到a-InGaZnO中,制备出了全透明的a-InGaZnO/ITO NWs高性能复合TFTs。在ITONWs随机排列的情况下,复合TFTs的迁移率达到了 76.5 cm2/V·s,10 μm沟道长度的器件的电流密度达到了 73.3 μA/μm,由于ITO NWs的透明性,复合薄膜具有很好的透明性。我们对复合TFTs进行了低频噪声测量,测试结果表明复合TFTs和经典的1/f噪声理论非常吻合,且掺杂后的TFTs的低频噪声有明显的降低。这一系列的测试结果充分说明复合TFTs性能提升的原因除了掺杂导致器件的有效沟道长度缩短外,掺杂导致的薄膜界面质量的改善也同样至关重要,这一研究结果进一步完善了复合薄膜性能增强相关的理论基础。