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传统的硅基半导体材料已难以满足新型大面积透明、柔性以及超精细显示技术的发展要求。与硅基材料相比,氧化物半导体具有高透过率、高载流子迁移率、优异的机械性能以及低成本制备等优点,是用于新型显示驱动薄膜晶体管（TFT）的理想材料。然而,多数高性能氧化物半导体呈现n-type输运特性,与n-type氧化物性能相匹配的p-type氧化物比较稀缺。这使得氧化物半导体的应用局限于单极型器件,而难以在互补型器件、电路等应用领域发挥其作用。因此,开发高性能p-type或双极性氧化物半导体是当前氧化物电子学领域的关键。鉴于此,本论文致力于p-type一氧化锡（SnO）的研究。本文采用磁控溅射制备SnO薄膜,并系统的探究了溅射功率、O2/（O2+Ar）流量比（氧分压）、工作气压、原位施加衬底偏压以及原位衬底加温对SnO薄膜的微结构、光学以及电学性能的影响。在薄膜制备基础上,本论文构筑了底栅p-type SnO薄膜晶体管,系统的研究了不同沟道层制备条件对SnO TFT的性能影响,并通过优化后退火处理工艺进一步提高了p-type SnO TFT的性能。基于p-type SnO TFT研究,通过SnO TFT背沟道表面修饰方法,本论文实现了SnO TFT的工作模式由单极p-channel到双极性工作模式的转变,并对TFT的工作模式转变机理进行了深入研究。基于双极性SnO TFT研究,本轮文构筑了类互补型逻辑反相器并获得高电压增益（>100）兼宽噪声容限。主要结论如下:1、SnO薄膜性能1)低氧分压沉积的SnO薄膜含有较多金属Sn,随着氧分压增加,金属Sn相逐渐变弱,SnO相逐渐增强,直至生成的薄膜为单相SnO薄膜。高氧分压下,基膜的部分SnO被氧化成SnO2,使得SnO相变弱且混合相薄膜呈现非晶态结构。正是由于薄膜的相组成转变,薄膜的光学带隙随着氧分压增加而增大,而薄膜的折射率随着氧分压增加而下降。纯相SnO薄膜的光学带隙值约为2.6 e V,折射率值约为2.7（波长550 nm）。2)对于金属Sn占主导的Sn-SnO混合相薄膜（n-type输运区）,其电子浓度随着SnO含量增加（氧分压上升）而升高,电阻率随着SnO含量增加而下降,载流子输运呈现简并传导。这可能是由于SnO在富Sn的环境下会产生施主类缺陷态,导致薄膜的电子浓度上升。对于SnO占主导的Sn-SnO混合相薄膜（p-type输运区）,其空穴浓度随着Sn含量减少而逐渐下降,电阻率随着Sn含量减少而逐渐增加。这可能是因为金属Sn相关的结构缺陷在SnO薄膜中产生受主类缺陷态,导致薄膜的空穴浓度上升。对于SnO占主导的SnO-SnO2混合相薄膜（p-type输运区）,其空穴浓度随着SnO2含量增加（氧分压上升）而下降,电阻率随着SnO2含量增加而增加。这是因为SnO的部分空穴载流子被SnO2的施主缺陷所补偿,导致空穴浓度下降。当SnO2的施主缺陷近乎完全补偿掉SnO的空穴时,薄膜呈现高阻态,而当SnO2的施主缺陷浓度超过SnO的空穴浓度时,薄膜呈现n-type传导特性。由于金属Sn和Sn4+相关的结构缺陷对空穴具有较强的散射作用,因此Sn-SnO混合相薄膜、SnO-SnO2混合相薄膜的空穴霍尔迁移率较单相SnO薄膜低。射频功率40 W沉积的单相SnO薄膜具有较高的空穴迁移率5.6 cm2V-1s-1,空穴载流子浓度为8.9×1017-6.0×1018 cm-3。3)高工作气压沉积的SnO薄膜含有较多SnO2,导致薄膜的光学带隙随着工作气压增加而增大,折射率随着工作气压增加而下降。正是由于SnO2的形成,薄膜的空穴浓度和迁移率随着工作气压增加而下降,而电阻率随着工作气压增加而增大。4)原位施加衬底偏压会向SnO薄膜引入过多的氧,导致部分SnO被氧化成SnO2,且其含量随着偏压功率增大而增加。因此,薄膜的光学带隙随着偏压功率增加而增大,折射率随着偏压功率增加而减小。此外,薄膜的空穴浓度和空穴迁移率随着偏压功率增加而下降,而电阻率随着偏压功率增加而增大。5)原位施加衬底温度有利于调节薄膜的织构特性,制备出结晶质量较高的SnO薄膜。但原位衬底加温制备的SnO薄膜的空穴浓度较高（1020 cm-3）,不适合用作TFT沟道层。2、单极p-type SnO TFT1)直流溅射制备的SnO薄膜的霍尔迁移率比较低,因此对应的p-type SnO TFT的场效应迁移率比较低（0.37 cm2V-1s-1）,并且器件难以关断,电流开关比较低（10）。因此直流溅射沉积的SnO薄膜不利于制备高性能TFT。2)低射频溅射功率（20 W）制备的SnO TFT的场效应迁移率（0.51 cm2V-1s-1）和电流开关比（10）均较低。高射频溅射功率（60 W）制备的SnO TFT具有较高的场效应迁移率（1.8 cm2V-1s-1）。然而,由于SnO沟道层本征空穴浓度过高,器件的电流开关比较低（60）。射频40 W制备的SnO TFT具有最佳的场效应迁移率和电流开关比,分别为2.24 cm2V-1s-1和2.4×103。此外,由于Sn-SnO、SnO-SnO2混合相薄膜具有大量的结构缺陷,因此以混合相薄膜作为沟道层的TFT的电流开关比和场效应迁移率较低,而单相SnO TFT具有较高的场效应迁移率和电流开关比。3)沟道层厚度较薄的SnO TFT具有较高的场效应迁移率和电流开关比。然而,沟道层厚度过薄时,薄膜因严重偏离SnO化学计量比而呈现高阻态,因此p-type SnO TFT最优沟道层厚度为15-20 nm。4)延长SnO TFT的退火持续时间可降低沟道层的空穴浓度,提高器件的电流开关比。然而,长时间退火将导致栅介质-半导体界面质量退化,增强空穴载流子散射,导致器件的场效应迁移率下降。退火时间过短,SnO沟道层结晶质量较差,原子空位、间隙等结构缺陷较多,器件的场效应迁移率和电流开关比均较低。SnO TFT的最优退火时间为2小时,器件的场效应迁移和电流开关比分别可达2.44 cm2V-1s-1和6.0×103。5)通过改变源漏金属电极功函数和源漏电极与SnO之间插入超薄介质层均难以调节p-type SnO TFT的开启电压,表明SnO体或表面可能存在费米能级钉扎现象,导致金属-SnO层之间的势垒高度不依赖于源漏金属功函数。3、双极性SnO TFT1)器件的双极性工作模式可通过SnO TFT背沟道表面的介质层（比如Al2O3）钝化技术来实现,且制程工艺对SnO TFT的双极性输运有极其重要的影响:（i）未经钝化而进行退火处理的TFT（AWP）呈现单极p-channel输运;（ii）TFT经退火处理后采用介质层钝化（ABP）呈现较弱的n-channel反型行为;（iii）TFT经介质层钝化后进行退火处理（AAP）展现出优异的双极性工作性能。单相SnO TFT具有最佳的双极性输运性能,而Sn-SnO、SnO-SnO2混合相沟道层TFT的双极性工作的对称性较差。最佳的双极性SnO TFT的n-和p-channel的场效应迁移率分别为1.64 cm2V-1s-1和0.65 cm2V-1s-1,n-和p-channel的电流开关比分别为1700和560,开启电压为8.5 V。2)根据能带图分析和器件模拟结果,AAP器件优异的双极性输运特性源于其合适的表面钝化修饰工艺对SnO表面缺陷态形成的有效抑制,而非钝化层对外界环境氧或水蒸汽等气氛的屏蔽作用。Au-Al2O3-SnO的电容-电压测试分析表明-SnO的界面正电荷能辅助耗尽沟道层空穴载流子,从而更加利于器件的n-channel反型和双极性工作。综上,SnO TFT背沟道表面的Al2O3钝化层具有三种功能:（i）钝化层能屏蔽外界环境气氛与SnO沟道层之间产生的电荷交换或化学反应,提高器件的稳定性;（ii）钝化层能有效的抑制SnO表面缺陷态的形成,降低SnO带隙中的次能隙DOS,使得费米能级能较自由的由价带边移向导带边,实现n-channel反型和双极性工作;（iii）Al2O3-SnO界面的正电荷能辅助耗尽沟道层的空穴载流子,降低TFT的开启电压,进一步增强反型n-channel和双极性工作性能。此外,AAP薄膜较AWP、ABP薄膜具有更低的空穴浓度,有利于沟道层载流子的耗尽和TFT的n-channel反型以及双极性工作。3)对于双极性SnO TFT,较低功函数源漏接触（Ni-SnO接触）利于电子注入,较高功函数源漏接触（Ti-SnO）利于空穴注入。金属Mg具有较低的功函数,但因其易被氧化而在Mg-SnO界面形成较高的势垒层使得载流子注入效率下降。在Al2O3、Ta2O5、Si O2、Hf O2等钝化层材料之中,以Al2O3作为钝化层的器件具有最佳的双极性输运性能,而以Ta2O5、Si O2、Hf O2作为钝化层的器件的开启电压均较高,n-和p-channel的场效应迁移率和电流开关比均较低。4)双极性SnO TFT在负栅极偏压应力下具有良好的电学稳定性,而器件的转移曲线在正栅极偏压应力下展示出正向、平行的移动趋势,且转移曲线形状保持不变。SnO TFT在正栅极偏压应力下的性能漂移源于SnO沟道层、SnO-Si O2（栅介质层）界面的多种陷阱对电子的捕获过程。在不同的正栅极偏压幅值和温度下,SnO TFT的开启电压变化量随应力时间的变化关系均符合扩展指数模型。通过扩展指数模型拟合提取的驰豫时间和平均热激活能分别为1.6×104 s和0.43 eV。4、类互补型逻辑反相器1)基于双极性SnO TFT研究,本论文构筑了双极性逻辑反相器。由于SnO TFT具有平衡的电子和空穴注入特性,双极性SnO反相器展示出高电压增益（>100）兼宽噪声容限（15.3 V）。反相器的输出信号可与较低频率（3.8 Hz）的输入信号波形保持同步,但难以快速的反馈于较高频率（16.6 Hz）的输入信号,这源于双极性SnO TFT较低的场效应迁移率。由于低氧分压沉积的沟道层为Sn-SnO混合相,TFT双极性工作的对称性较差,导致反相器的电压增益、转变阈值电压、噪声容限以及电压转变宽度等特征参数随着氧分压下降而逐渐退化。2)双极性SnO反相器在空气环境下展现出优异的稳定性。器件在空气环境下暴露10个月后,其电压增益、转变阈值电压、噪声容限以及电压转变宽度等特征参数依然保持稳定。这表明TFT背沟道表面的钝化层能有效的屏蔽外界环境气氛与SnO沟道层之间产生的电荷交换或化学反应,进一步增强双极性SnO TFT和反相器在空气环境下的稳定性。