ZnAlSnO与CuAlSnO非晶氧化物半导体薄膜制备及其应用研究

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本文对n型非晶氧化物的制备及其在TFT器件的中的应用研究,对p型的非晶氧化物制备及其应用进行了探讨。微电子器件的透明化,柔性化是其未来的发展趋势,比如透明柔性显示,透明柔性逻辑电路等。而非晶金属氧化物TFT器件在这方面具有巨大的应用潜力。对n型器件而言,非晶InGaZnO作为一个非晶体系被广泛研究且已经实现商业化生产,但是由于In、Ga元素储量少,价格高,限制了其进一步发展。本文选用非晶ZnAlSnO体系用以替代非晶InGaZnO体系,对其材料性质和器件性能进行表征。对p型器件而言,p型TFTs器件是整个透明电子学中不可或缺的一部分,本文提出非晶p型CuAlSnO体系,制备出非晶p型氧化物TFT器件,并对其性能进行表征。  本研究主要内容包括:⑴采用脉冲激光沉积方法在室温下制备出非晶ZnAlSnO薄膜,研究退火温度对其材料性能的影响,结果显示一定的退火温度并不会改变薄膜的非晶结构,在经历100到600℃的范围内的退火后,随着退火温度的提高,薄膜中氧空位浓度增大,载流子浓度逐渐增高。⑵将非晶ZnAlSnO作为有源层制备TFT器件,同时采用HfO2-SiO2/Si衬底的复合绝缘层,获得了以下性能,场效应迁移率为18.1 cm2V-1S-1,开关态电流比Ion/Ioff=108,阈值电压Vth=5.60 V,亚阈值摆幅SS=0.5463V/decade。通过以上性能指标可以看出,ZnAlSnO-TFT器件在关键性能参数上完全不弱于目前已经商业化的InGaZnO-TFT器件,证实了用ZnAlSnO这种无铟镓元素材料可以替代InGaZnO材料。⑶采用脉冲激光沉积方法制备非晶ZnAlSnO/Si异质结,使用XPS成功测绘出异质结能带结构图。⑷采用脉冲激光沉积方法制备非晶p型CuAlSnO薄膜,以其为有源层制备出非晶p型氧化物TFT器件,目前我们测试器件的场效应迁移率最高可达14.9cm2V-1S-1,开关态电流比Ion/Ioff=2.58×104,阈值电压Vth=-4.13V,亚阈值摆幅SS=0.6423V/decade。器件的场效应迁移率、阈值电压和亚阈值摆幅均达到同等n型非晶TFT器件水平。
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