非晶InGaZnO4薄膜的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、非晶InGaZnO4（a-IGZO）薄膜兼具高可見光透過(guò)率（80％avgT?）、高遷移率（2-1-1??10～100cm Vs）、低制備溫度和較好的均一性，作為薄膜晶體管（TFT）溝道層材料，在電子紙張、液晶顯示等新一代平板/柔性顯示領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。人們針對(duì)IGZO-TFT器件進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探索和理論分析，以期望實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定性、響應(yīng)速率等器件性能的優(yōu)化。然而，對(duì)a-IGZO薄膜電輸運(yùn)性質(zhì)的研究卻很少，尚有很多問(wèn)題亟待解決。

2、>　　本論文采用射頻磁控濺射的方法，在不同基底溫度下制備了超薄（～25nm）和較厚（～700nm）的a-IGZO薄膜，對(duì)其電輸運(yùn)性質(zhì)尤其是低溫量子輸運(yùn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。從掃描電鏡圖像可知，超薄和較厚的a-IGZO薄膜均是由很多近似球形的細(xì)小顆粒構(gòu)成，顆粒間存在清晰的邊界。在超薄a-IGZO薄膜中，其厚度（～25nm）與薄膜顆粒尺寸（～30nm）相近。在高溫區(qū)，樣品的電阻率溫度關(guān)系服從布洛赫-格林艾森公式，具有金屬導(dǎo)電特性。在低溫區(qū)，樣品

3、的電阻率隨溫度的降低而升高。
　　我們系統(tǒng)測(cè)量了a-IGZO薄膜在2-300 K溫度范圍內(nèi)縱向電導(dǎo)和霍爾系數(shù)隨溫度的變化。定量分析表明，在超薄和較厚a-IGZO薄膜中，低溫電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系不能用均勻無(wú)序?qū)w中的電子-電子相互作用來(lái)解釋，而是顆粒金屬系統(tǒng)中特有的電子-電子相互作用主導(dǎo)著電導(dǎo)率和霍爾系數(shù)與溫度的關(guān)系，即，無(wú)論二維還是三維顆粒系統(tǒng)中，電子-電子相互作用對(duì)縱向電導(dǎo)和霍爾系數(shù)的修正均遵循???lnT和lnHR T??規(guī)律，

4、且定量比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也和理論結(jié)果一致，非晶薄膜中顆粒間的邊界效應(yīng)對(duì)電子輸運(yùn)性質(zhì)的影響不可忽略。
　　為了進(jìn)一步分析樣品低溫下的散射機(jī)制，我們測(cè)量了a-IGZO薄膜在2-25K溫度范圍內(nèi)的低場(chǎng)磁電阻，并運(yùn)用弱局域理論進(jìn)行分析，得到了退相干散射率隨溫度的變化關(guān)系。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論公式定量比較發(fā)現(xiàn)：在超薄a-IGZO薄膜中，小能量和大能量轉(zhuǎn)移電子-電子散射主導(dǎo)電子退相干過(guò)程；在較厚a-IGZO薄膜中，小能量轉(zhuǎn)移電子-電子散射為主要退相干