【摘要】：近年來,氧化物半導體薄膜晶體管在電子工業領域的應用越來越廣泛。隨著顯示技術的高速發展,傳統的以非晶硅為主體的晶體管器件已經不能滿足現有顯示技術的需求,而IGZO-TFT(銦鎵鋅氧薄膜晶體管)的出現,很好的解決了這一難題。由于IGZO的導電輸運通道主要是由相鄰金屬原子之間球對稱分布的s軌道相互重疊而形成的,所以即使是非晶狀態,也能使IGZO-TFT薄膜晶體管保持良好的工作性能。而且,IGZO薄膜的非晶特性意味著能在較低溫度下制備晶體管,以上特性非常有利于實現透明的柔性顯示器。本論文采用射頻磁控濺射法制備IGZO薄膜,通過X射線衍射(XRD)和能量散射譜(EDS)分析薄膜結構情況,并以IGZO薄膜為有源層材料制備了薄膜晶體管。文中討論了薄膜的工藝優化和器件的結構調整對提高薄膜晶體管的性能的影響,本文的主要內容如下:本文對薄膜工藝的改進方面進行了探索,在帶有二氧化硅覆蓋層的硅片上生長IGZO薄膜,首先研究了退火氣氛對IGZO-TFT性能的影響,實驗發現在空氣中退火的TFT器件性能最佳。其次,在對退火溫度的討論中,發現450oC下退火的晶體管展現出了良好的開關特性和穩定的飽和電流,遷移率高達到了4.23 cm2V-1s-1。此外,研究表明有源層更薄的TFT器件整體性能比較好,因為隨著有源層厚度的降低,內部的電子散射現象降低,溝道等效電阻減小。另外隨著溝道寬長比W/L的增大,TFT性能是逐漸提升的。實驗還比較了用不同金屬材料(Au、Cu、Al)作為源漏電極對器件性能的影響。研究表明,Cu和Al作電極較容易被氧化,使其接觸電阻增大,從而導致TFT性能弱于Au電極的TFT器件性能。對使用不同絕緣層的IGZO-TFT的結果表明,SiNx明顯優于SiO2,這歸功于SiNx能使電介質層與溝道層之間陷阱濃度降低。本文還研究了退火對TFT器件性能的影響,發現退火可以使TFT器件的遷移率從1.48 cm2 V-1s-1上升到15.8 cm2 V-1s-1。XPS能譜分析結果表明退火能降低薄膜內部的氧空位缺陷濃度,從而明顯提高TFT器件的遷移率和降低其閾值電壓。最后,我們還檢測了退火器件的穩定性和均一性,測試結果顯示退火之后的器件性能都非常穩定。
[Abstract]:In recent years, oxide semiconductor thin film transistors have been widely used in the electronic industry. With the rapid development of display technology, traditional transistor devices based on amorphous silicon can no longer meet the needs of existing display technology. The emergence of IGZO-TFT (Indium Gallium Zinc Oxygen Thin Film Transistor) has solved this problem well. Because the conductive transport channels of IGZO are mainly formed by the overlap of spherically symmetrical s-orbits between adjacent metal atoms, even in the amorphous state, IGZO-TFT thin film transistors can maintain good performance. Moreover, the amorphous characteristics of IGZO thin films mean that transistors can be fabricated at lower temperatures, and the above characteristics are non-crystalline. In this paper, IGZO thin films were prepared by RF magnetron sputtering. The structure of the thin films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and energy scattering spectroscopy (EDS). Thin film transistors were fabricated by using IGZO thin films as active layers. The main contents of this paper are as follows: In this paper, the improvement of thin film technology is explored. IGZO thin films are grown on silicon wafers with silicon dioxide coating. Firstly, the influence of annealing atmosphere on the performance of IGZO-TFT is studied. It is found that the performance of TFT devices annealed in air is the best. In the discussion of temperature, it is found that the transistors annealed at 450oC exhibit good switching characteristics and stable saturation current, and the mobility is as high as 4.23 cm2V-1s-1. In addition, the study shows that the overall performance of TFT devices with thinner active layer is better, because with the decrease of the thickness of active layer, the internal electron scattering phenomenon decreases and the channel equivalent electricity decreases. In addition, the TFT performance is improved gradually with the increase of channel width ratio W/L. The effects of different metal materials (Au, Cu, Al) as source and drain electrodes on the performance of TFT devices are also compared. The results show that Cu and Al as electrode are easier to be oxidized, resulting in the increase of contact resistance, which leads to the weaker TFT performance than that of Au electrode. The results of IGZO-TFT with different insulating layers show that SiNx is superior to SiO2, which is attributed to the fact that SiNx can reduce the trap concentration between dielectric layer and channel layer. The results show that annealing can reduce the oxygen vacancy defect concentration in the film, thus significantly improving the mobility of TFT devices and lowering its threshold voltage.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN321.5

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