氧化銦基薄膜晶體管的溶液法制備與性能提升的研究

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1、上海大學(xué)碩士學(xué)位論文中圖分類(lèi)號(hào)：?jiǎn)挝淮?hào)：10280密級(jí)：學(xué)號(hào)：15721927碩士學(xué)位論文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION氧化銦基薄膜晶體管的溶題液法制備與性能提升的研目究作者趙成雨學(xué)科專業(yè)材料學(xué)導(dǎo)師李俊完成日期2018.04I上海大學(xué)碩士學(xué)位論文姓名：趙成雨學(xué)號(hào)：15721927論文題目：氧化銦基薄膜晶體管的溶液法制備與性能提升的研究II上海大學(xué)碩士學(xué)位論文姓名：趙成雨學(xué)號(hào)：15721927論文題目：氧化銦基薄膜晶體管的溶液法制備與性能提升的研究III上海大學(xué)碩士學(xué)位論文上海大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文氧化銦基薄膜晶體管的溶液法制備與性能提升的研究姓

2、名：趙成雨導(dǎo)師：李俊學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2018年4月IV上海大學(xué)碩士學(xué)位論文ADissertationSubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringTheResearchofFabricationandEnhancedPerformanceforSolution-processedIndiumOxideThinFilmTransistorsMACandidate：ChengyuZhaoSupervisor：JunLiMajor：MaterialScienceMaterialsCollege

3、,ShanghaiUniversityApril,2018V上海大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要氧化物薄膜晶體管具有遷移率高、透過(guò)率高，制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代顯示技術(shù)對(duì)薄膜晶體管的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，諸多的氧化物薄膜晶體管的制備工藝被開(kāi)發(fā)應(yīng)用。與磁控濺射、原子層沉積、分子束外延法等其他制備工藝法相比，溶液法易于實(shí)現(xiàn)制造大面積、低成本、透明、多組分的薄膜。然而溶液法制備的氧化物薄膜晶體管存在遷移率較低、關(guān)態(tài)電流較大和穩(wěn)定性較差等關(guān)鍵性技術(shù)難題，這些限制了它在平板顯示器中的應(yīng)用。同時(shí)本文以乙二醇甲醚為溶劑，使用溶液法制備In2O3薄膜晶體管。研究發(fā)現(xiàn)，In2O3薄膜晶體管具有較大的關(guān)態(tài)電流和較

4、差的穩(wěn)定性。為了優(yōu)化In2O3薄膜晶體管的電學(xué)性能和穩(wěn)定性，本文提出Mg、La等金屬陽(yáng)離子抑制In2O3薄膜中氧空位的方法，改善器件的界面缺陷，建立摻雜量、氧空位及性能穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步降低薄膜晶體管的閾值電壓，提升工藝兼容性，本文引入溶液法制備的高介電常數(shù)絕緣層，探索高介電常數(shù)絕緣層與有源層之間的界面特性。此外，針對(duì)乙二醇甲醚有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境不友好，需要高溫退火工藝等技術(shù)難題。本研究采用綠色環(huán)保安全的水溶液法制備了新型In2O3薄膜晶體管，探索水溶液制備的InYO薄膜晶體管的電學(xué)性能以及穩(wěn)定性提升的物理機(jī)制。本論文詳細(xì)研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.溶液法制備了Mg摻雜的In2O3薄膜晶

5、體管。研究發(fā)現(xiàn)，隨著Mg摻雜量的增加，MgInO薄膜晶體管的電學(xué)性能和穩(wěn)定性都得到了很大的優(yōu)化。對(duì)于0.75mol％Mg摻雜濃度的MgInO薄膜晶體管顯示出優(yōu)異的電學(xué)性能（13.77cm2V-1s-1的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，0.85V/dec.的亞閾值擺幅和2.84V的閾值電壓）和較好的溫度和正偏壓穩(wěn)定性。MgInO薄膜晶體管的性能提高主要?dú)w因于Mg的摻雜減少氧空位，使得缺陷態(tài)密度減小。2.溶液法制備了基于ZrO2絕緣層LaInO薄膜晶體管。結(jié)果顯示，基于ZrO2絕緣層的In2O3薄膜晶體管有較高的遷移率，但是In2O3薄膜晶體管具有較差的溫度穩(wěn)定性和柵極偏壓穩(wěn)定性。因此，使用La元素?fù)诫s來(lái)優(yōu)化I

6、n2O3薄膜晶體管的性能。隨著La摻雜量的增加，飽和遷移率從48.8降低到32.7cm2V-1s-1，閾值電壓由1.12增加到1.76V。當(dāng)La摻雜濃度為VI上海大學(xué)碩士學(xué)位論文10mol％時(shí)，LaInO薄膜晶體管有一個(gè)最小的亞閾值擺幅（0.12V/dec.）。同時(shí)，穩(wěn)定性也得到了明顯提高。因?yàn)長(zhǎng)a-O較強(qiáng)的鍵合能力會(huì)導(dǎo)致氧空位的減少。XPS的分析結(jié)果也證明了這個(gè)原因。3.基于YAlO高介電常數(shù)絕緣層溶液法制備及TFT性能提升研究。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)摻入Al元素可以增強(qiáng)Y2O3絕緣層的耐濕性，降低了絕緣層和有源層之間界面的粗糙度，減少了界面的缺陷態(tài)密度。Y2O3薄膜的RMS為0.76nm，呈現(xiàn)

7、較大的表面粗糙度。隨著Al摻雜濃度由5mol%（Al/（Y+Al））變化至15mol%時(shí)，RMS由0.52減少至0.25nm?；?5mol%的Al摻雜的Y2-1-12O3絕緣層的In2O3薄膜晶體管具備了19.5cmVs的遷移率，1.58V的低閾值電壓和較好的器件穩(wěn)定性。4.采用健康、安全和環(huán)保的制備方法—水溶液法，低溫制備了新型InYO薄膜晶體管，并詳細(xì)討論了Y元素的摻雜量對(duì)In2O3薄膜晶體管的電學(xué)性能和穩(wěn)定性的影