高迁移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶体管的研究

高迁移率Al-In-Zn-O 氧化物薄膜晶体管的研究

岳 兰 张 群

(复旦大学材料科学系 上海 200433)

　　摘要 透明非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TAOS-TFT)由于具有场效应迁移率高、均匀性好、对可见光区透明、可低温制备以及环境稳定性良好等优点，成为最有希望的下一代薄膜晶体管之一。近年来，为了降低工业化成本，溶液法制备TAOS-TFT 受到了研究人员的青睐。然而，溶液法制备的氧化物半导体薄膜由于缺陷的存在，从而使得器件的迁移率较低、关态电流较大。因此，通过选取合适的掺杂元素以及探索最佳的组份以控制薄膜缺陷从而促进器件的性能还有待进一步研究。同时，为了推动透明显示和柔性显示等新一代显示技术的发展，开发可低温制备且具备较好光学和电学性能的介质层具有重要的现实意义。

　　本文基于溶胶-凝胶法，利用浸渍提拉工艺，以掺Al 非晶In-Zn-O(a-AIZO)作为沟道层，尝试采用有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料来代替传统的无机SiO2/Al2O3作为介质层，从而将无机透明非晶氧化物沟道层和有机介质层材料的优点结合起来研制了混合型顶栅结构的a-AIZO-TFT，并研究了沟道层中Al 含量对器件性能的影响。样品的SEM 截面图表明利用浸渍提拉工艺可以制备出厚度均一、表面平整以及致密的薄膜。XPS 测试显示掺Al 能减少铟锌氧化物薄膜中的氧空位，从而对铟锌氧化物薄膜的载流子浓度能起到一定的抑制效果。

　　因此，掺Al 能减小器件的关态电流，提高器件的开关比。透射率测量结果表明，采用有机PMMA 介质层与a-AIZO 氧化物半导体沟道层构成的双层薄膜，可以达到增透的效果，从而揭示了其制备全透明TFT 的潜在优势。通过初步优化工艺参数，获得了具有较高饱和迁移率26.8 cm2/Vs，较低亚阈值摆幅0.24 V/decade，开关比大于104，器件综合性能优良的a-AIZO-TFT 器件。