ZnO-BNT鐵電薄膜晶體管陣列的制備及性能研究.pdf

1、薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)由于在平板液晶顯示領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景受到廣泛關(guān)注。隨著顯示技術(shù)大尺寸、高分辨率的發(fā)展趨勢(shì)和單元器件高集成度的發(fā)展需求，TFT器件的大面積整體成型和陣列制備技術(shù)成為決定其未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。鐵電TFT是利用鐵電薄膜材料替代傳統(tǒng)的絕緣層材料作為柵介質(zhì)的一種新型TFT。由于鐵電薄膜具有非易失特性，因此鐵電TFT不僅可作為開關(guān)器件應(yīng)用于液晶顯示，也可作為邏輯單元應(yīng)用于非揮發(fā)存儲(chǔ)器。鐵電T

2、FT具有非破壞性讀寫和超快響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，利用改進(jìn)的脈沖激光沉積(PLD)法制備了大面積Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)鐵電薄膜，對(duì)其制備工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。然后，以BNT薄膜為絕緣柵、以ZnO薄膜為溝道層，制備了ZnO/BNT鐵電TFT。最后，完成了大面積ZnO/BNT鐵電TFT陣列的制備。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用PLD方法在1cm×1cm的Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了一系列BNT

3、鐵電薄膜，用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、鐵電分析儀等對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了表征，研究了激光能量、氧氣壓強(qiáng)、生長(zhǎng)溫度對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，在420 mJ激光能量、200 mTorr氧氣壓強(qiáng)、800 ℃襯底溫度的實(shí)驗(yàn)條件下制備的BNT薄膜具有較好的性能。⑵通過(guò)掃描激光熔蝕靶材改進(jìn)PLD方法，即掃描式PLD方法，利用上述優(yōu)化的PLD基本工藝參數(shù)，在5 inch的n型重?fù)诫sSi和Pt/Ti/SiO2/Si襯

4、底上制備了大面積BNT薄膜，通過(guò)薄膜厚度測(cè)試儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、XRD、鐵電分析儀和半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀對(duì)其厚度均勻性、組分均勻性、結(jié)晶均勻性以及電學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的大面積BNT薄膜厚度偏差在±10％以內(nèi)，成分均勻，不同區(qū)域的結(jié)晶性、光學(xué)性能、電學(xué)性能良好且基本一致。⑶以BNT為絕緣層、ZnO為溝道層通過(guò) PLD法在1 cm×1 cm的Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了ZnO/BNT鐵電TFT單元，分別對(duì)

5、ZnO薄膜的表面形貌、結(jié)晶性及TFT單元的性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的鐵電TFT單元具有較低的閾值電壓、較高的溝道遷移率、較低的亞閾值擺幅和較大的開關(guān)電流比，其值分別為1.3V、2.4cm2/Vs、0.3V/decade和105。⑷結(jié)合上述研究，采用掃描式PLD方法在5 inch的Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了大面積ZnO/BNT鐵電TFT陣列，對(duì)鐵電TFT陣列的晶體管特性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，不同區(qū)域的鐵電TFT單元的閾