低壓ZnO薄膜晶體管研制.pdf

1、薄膜晶體管(Thin Film Transistor簡稱TFT)在平板顯示技術(shù)中有重要應(yīng)用,是實(shí)現(xiàn)高分辨平板顯示器件的關(guān)鍵。由于采用氧化鋅(ZnO)作為TFTs的溝道層不僅遷移率高、制備溫度低、透明度高、襯底兼容性好而且它無毒無污染,原材料豐富價(jià)格便宜,已經(jīng)引起了廣泛的研究興趣。ZnO基TFTs具有取代Si-TFTs的趨勢。
　　 由于ZnO-TFTs的柵介質(zhì)SiO2在柵電極和半導(dǎo)體溝道之間的電容耦合是很弱的,通常報(bào)道的高遷移率

2、ZnO-TFTs都需要大驅(qū)動(dòng)電壓,這與節(jié)能便攜的趨勢是不符的。我們在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下,以研制出具有實(shí)用特性的低功耗ZnO-TFTs為目標(biāo),進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)與探索。本文中,我們在玻璃襯底上,室溫條件下制備了低電壓ZnO溝道薄膜晶體管。我們的ZnO-TFT由四部分組成:200 nm的ITO柵電極,5μm的介孔SiO2柵介質(zhì),50 nm的ZnO溝道和100 nm的Al源、漏電極。其中,ITO柵電極和ZnO溝道都是用磁控濺射法在室溫下制備,S

3、iO2柵介質(zhì)是用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)以氧氣和硅烷為反應(yīng)氣體在室溫下制備,Al電極則是在溝道長寬比為W(400μm)/L(80μm)=5的鎳掩膜板遮擋下用電子束蒸發(fā)制備。器件的電學(xué)性能是在大氣環(huán)境中通過Keithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測試的:它是閾值電壓為0.4 V的增強(qiáng)型器件；飽和遷移率、開關(guān)比和亞閾值斜率分別為28.8 cm2V-1s-1,3×106和84 mV/dec；關(guān)電流僅為0.18 nA。
　　

4、 器件的工作電壓僅為2 V,符合目前微電子領(lǐng)域的低壓低功耗應(yīng)用要求。我們的晶體管低工作電壓的特點(diǎn)與我們5μm介孔SiO2柵介質(zhì)有關(guān),雙電層電容的猜想能為之做出合理的解釋。這種介孔柵介質(zhì)層中存在可移動(dòng)質(zhì)子,通過測量它C-f特性,我們知道SiO2介質(zhì)層的實(shí)際的單位電容只有1.88μF/cm2,它的實(shí)際功能厚度只有1 nm。
　　 此外,通過測試分析發(fā)現(xiàn),ZnO溝道的穩(wěn)定性受環(huán)境因素影響較大。這可能與ZnO溝道的快速老化有關(guān),解決方