柔性衬底上掺铝氧化锌薄膜晶体管的制备与特性研究

• 作 者: 王薇
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 柔性薄膜晶体管 掺铝氧化锌 氧分压 双层沟道结构 高迁移率 TFT器件性能

柔性薄膜晶体管(TFT)技术是实现柔性显示的关键技术之一。柔性TFT技术的关键在于在较低的工艺温度下制备出高性能的TFT，而低温下高质量的沟道材料又是难点之一。金属氧化物以其低工艺温度和高性能的特点而成为备受关注的TFT沟道材料，这其中In、Ga掺杂的ZnO化合物(IGZO)因为高迁移率和良好的均匀性而最为突出。然而，In和Ga是稀有金属元素，来源有限且有毒，因此亟需寻找新的掺杂元素。Al元素与In、Ga同为Ⅲ主族元素，来源广泛，无毒害，而且Al元素的掺杂能够提高ZnO的迁移率和增强器件稳定性。本文的主要工作就是探讨Al掺杂ZnO作为柔性TFT沟道材料的可能性。　　实验成功在柔性衬底上制备了以AZO为沟道材料的TFT，并研究了溅射过程中氧分压对于AZO薄膜及TFT器件的影响。在常温柔性塑料衬底上制备了四种氧分压下的AZO薄膜及以此为沟道材料的TFT器件，通过测试得到氧分压对于AZO薄膜结晶度情况和器件性能的影响，并得到最佳的氧压比。这种优化的出现可能是晶界散射和沟道/介质界面性能变化共同导致的结果。　　实验还研究了双层沟道结构对于TFT器件性能的改善。常温下制备并比较了单层和双层沟道结构的柔性AZO TFT的器件性能并探讨了双层沟道对TFT性能的改善机制。采用上述最佳氧压比作为主体沟道材料的溅射条件，再在靠近栅介质的表面引入一薄层无氧AZO材料形成双层沟道结构。实验表明，双层沟道结构对于TFT性能有显著提高。　　实验最后制备出了全透明高性能柔性TFT，AZO薄膜和AZO TFT在可见光范围内的透射率分别超过了80％和70％。器件的阈值电压为3.85 V，饱和迁移率为31.4 cm2V-1s-1，亚阂值斜率为0.33 Vdec-1，开关比为108。