本文關(guān)鍵詞：背溝道刻蝕型氧化物薄膜晶體管的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：薄膜晶體管(TFT)陣列是有源矩陣液晶顯示屏(AMLCD)和有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)顯示屏的像素驅(qū)動(dòng)部件,在實(shí)現(xiàn)大尺寸、高清晰度、高幀頻率的顯示中起著重要作用。目前TFT的有源層材料主要有氫化非晶硅、低溫多晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體和氧化物半導(dǎo)體,其中氧化物半導(dǎo)體具有較高的電子遷移率和好的均勻性,適合用于驅(qū)動(dòng)AMLCD和AMOLED。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示,TFT器件尺寸需要實(shí)現(xiàn)“小型化”,而實(shí)現(xiàn)背溝道刻蝕(BCE)結(jié)構(gòu)是TFT器件尺寸“小型化”的關(guān)鍵。BCE-TFT的制作工藝簡(jiǎn)單,成本較低。更重要的是,其溝道尺寸定義精度高,容易實(shí)現(xiàn)器件尺寸的“小型化”。然而,在氧化物TFT中,由于有源層極易被大多數(shù)常用的刻蝕液腐蝕,S/D電極和有源層的刻蝕選擇比很低,這往往導(dǎo)致器件制作失敗。因此,實(shí)現(xiàn)BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT關(guān)鍵在于提高S/D電極和有源層的刻蝕選擇比。本論文致力于實(shí)現(xiàn)BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT。首先,通過(guò)引入惰性的碳膜刻蝕緩沖層,保護(hù)有源層在刻蝕S/D電極的過(guò)程中不受腐蝕,完成S/D電極刻蝕后將緩沖層去除,實(shí)現(xiàn)了BCE結(jié)構(gòu)的效果。在這種方法中,由于有源層受緩沖層保護(hù),理論上對(duì)刻蝕液和S/D電極的選擇沒(méi)有限制,可使用包括Cu在內(nèi)的電極材料。然而,引入刻蝕緩沖層的方法額外增加了緩沖層的沉積和去除的工序,相應(yīng)地增加了成本。為了避免引入刻蝕緩沖層,本論文使用雙氧水基刻蝕液直接在有源層上刻蝕Mo S/D電極,刻蝕選擇比高于3000,成功制備了BCE結(jié)構(gòu)的a-IZO TFT。隨著顯示面板的分辨率提高和尺寸增大,“信號(hào)延遲”現(xiàn)象將更加嚴(yán)重,使用低電阻率的銅(Cu)作為T(mén)FT的電極和布線材料已成為一項(xiàng)迫切的需求。本論文接著使用含雙氧水和銨鹽的刻蝕液刻蝕Cu S/D電極成功制備了BCE結(jié)構(gòu)的a-IZO TFT,刻蝕選擇比高達(dá)4800。使用雙氧水基刻蝕液刻蝕S/D電極制備BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT的方法簡(jiǎn)單,且刻蝕選擇比很高。然而,由于使用雙氧水基刻蝕液對(duì)電極材料選擇的限制較大,且刻蝕液的保存期限短,在使用過(guò)程中存在著“爆炸”的風(fēng)險(xiǎn),較難在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。最后,為了使用常規(guī)刻蝕液,在不引入緩沖層的前提下實(shí)現(xiàn)BCE-TFT,本論文通過(guò)在沉積薄膜的過(guò)程中加熱襯底的方法獲得了具有較強(qiáng)抗腐蝕性的結(jié)晶In Ga O薄膜,基于結(jié)晶In Ga O有源層成功制備了BCE-TFT。在引入碳膜刻蝕緩沖層的BCE-TFT中,碳膜有效地保護(hù)了有源層不受損傷,且可使用氧氣等離子體輕易去除。碳膜經(jīng)過(guò)高溫退火后出現(xiàn)“石墨化”,電阻率低至0.1Ωcm。碳膜較好的導(dǎo)電性有利于S/D電極與有源層之間形成良好的接觸,Mo/C/a-IZO的接觸電阻僅為80Ωcm。引入碳膜對(duì)TFT性能的影響很小。通過(guò)這種方法制備的aIZO TFT表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能;飽和區(qū)場(chǎng)效應(yīng)遷移率為14.4 cm2/Vs,亞閾值擺幅為0.21 V/decade,閾值電壓為2.0 V。使用雙氧水刻蝕Mo S/D電極的過(guò)程中,通過(guò)在雙氧水中添加KOH可加速M(fèi)o電極的刻蝕速率,同時(shí)減弱了由刻蝕液滲透至光刻膠與Mo膜界面引起的Mo電極的“邊緣氧化”現(xiàn)象。通過(guò)這種方法制備的a-IZO TFT具有良好的性能;飽和區(qū)遷移率為11.5 cm2/Vs,亞閾值擺幅為0.21 V/decade,閾值電壓接近0 V。在使用含雙氧水和銨鹽的刻蝕液刻蝕Cu S/D電極的BCE-TFT中,為了解決Cu膜粘附性差的問(wèn)題,提出使用a-IZO作為Cu的粘附層,同時(shí)作為T(mén)FT的有源層。a-IZO粘附層增強(qiáng)了Cu膜與襯底的粘附性,這應(yīng)歸因于Cu/a-IZO界面處存在Cu Ox界面層;同時(shí),相比于a-IGZO,Cu在a-IZO中的擴(kuò)散得到了抑制,這是由于Cu在a-IZO中擴(kuò)散需要穿過(guò)能量勢(shì)壘較高的In O2層,而在a-IGZO中擴(kuò)散可穿過(guò)能量勢(shì)壘較低的GZO層的擴(kuò)散勢(shì)壘比穿過(guò)GZO層的高;Cu/a-IZO的接觸電阻僅為33.6Ωcm,這應(yīng)歸因于Cu與a-IZO之間較匹配的能帶結(jié)構(gòu)和a-IZO較高的載流子濃度。通過(guò)這種方法制備的a-IZO TFT表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能和可靠性;飽和區(qū)場(chǎng)效應(yīng)遷移率為12.2 cm2/Vs,亞閾值擺幅為0.22 V/decade,閾值電壓為-0.4 V。在制備基于結(jié)晶In Ga O有源層的BCE-TFT時(shí),本論文通過(guò)在沉積薄膜的過(guò)程中加熱襯底的方式獲得了結(jié)晶In Ga O薄膜。使用常規(guī)的磷酸基刻蝕液在其上刻蝕Mo S/D電極時(shí),刻蝕選擇比高達(dá)56以上�；诮Y(jié)晶In Ga O有源層制備的BCE-TFT獲得了合理的電學(xué)性能;飽和區(qū)場(chǎng)效應(yīng)遷移率μsat、亞閾值擺幅SS和閾值電壓Vth分別為11.9cm2/Vs,0.37 V/decade和-0.43 V。此外,本工作提出使用Ag/IZO作為頂發(fā)射OLED的反射陽(yáng)極。Ag/IZO復(fù)合薄膜具有高的熱穩(wěn)定性、高的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和低的表面粗糙度。更重要的是,與常規(guī)的Ag/ITO反射陽(yáng)極相比,Ag/IZO具有更好的刻蝕特性和更簡(jiǎn)單的制作工藝。使用Ag/IZO復(fù)合薄膜作為反射陽(yáng)極制備的頂發(fā)射OLED器件并取得了良好的性能。
【關(guān)鍵詞】：薄膜晶體管 氧化物半導(dǎo)體 背溝道刻蝕結(jié)構(gòu) 銅電極 銀反射電極
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN321.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 氧化物薄膜晶體管的器件結(jié)構(gòu)介紹12-14
• 1.2.1 刻蝕阻擋層（ESL）結(jié)構(gòu)13
• 1.2.2 背溝道刻蝕（BCE）結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3 氧化物薄膜晶體管的性能參數(shù)及其提取方法介紹14-17
• 1.3.1 開(kāi)態(tài)電流（Ion）、關(guān)態(tài)電流（Ioff）和開(kāi)關(guān)電流比（Ion / Ioff）14-15
• 1.3.2 遷移率（μ）15
• 1.3.3 亞閾值擺幅（SS）15
• 1.3.4 閾值電壓（Vth）、開(kāi)啟電壓（Von）15-16
• 1.3.5 金屬半導(dǎo)體接觸電阻16-17
• 1.4 氧化物薄膜晶體管的材料與器件介紹17-21
• 1.4.1 有源層17-20
• 1.4.2 絕緣層與鈍化層20-21
• 1.4.3 電極材料21
• 1.5 本論文的工作21-23
• 第二章 引入碳膜刻蝕緩沖層的BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 TFT器件的制備23-24
• 2.3 碳膜的性能和對(duì)有源層的保護(hù)效果24-29
• 2.4 TFT器件的性能和穩(wěn)定性29-31
• 2.5 Mo/C/a-IZO的接觸電阻及TFT的界面分析31-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第三章 使用雙氧水刻蝕Mo S/D電極的BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT34-41
• 3.1 引言34-35
• 3.2 刻蝕條件對(duì)刻蝕速率和刻蝕選擇比的影響35-37
• 3.3 TFT器件的制備37-38
• 3.4 S/D電極刻蝕過(guò)程對(duì)TFT器件性能的影響38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第四章 使用雙氧水基刻蝕液刻蝕Cu S/D電極的BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT41-58
• 4.1 引言41-42
• 4.2 Cu膜的制備與表征42-45
• 4.3 Cu膜的圖形化45-47
• 4.4 使用Cu S/D電極的氧化物TFT的前期工藝驗(yàn)證47-49
• 4.5 TFT器件的制備方法49-51
• 4.6 TFT器件的性能和穩(wěn)定性51-53
• 4.7 Cu/a-IZO的界面分析和TFT器件性能的改善機(jī)制53-56
• 4.8 本章小結(jié)56-58
• 第五章 基于結(jié)晶InGaO有源層的BCE結(jié)構(gòu)TFT58-69
• 5.1 引言58
• 5.2 Ga的含量對(duì)InGaO薄膜性能的影響58-64
• 5.3 基于結(jié)晶InGaO有源層的BCE-TFT64-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 用作頂發(fā)射OLED反射陽(yáng)極的Ag/IZO復(fù)合薄膜69-82
• 6.1 引言69-70
• 6.2 Ag膜和IZO膜的制備70-72
• 6.3 IZO的厚度對(duì)Ag/IZO復(fù)合薄膜性能的影響72-75
• 6.4 Ag/IZO作為頂發(fā)射OLED反射電極的可行性75-79
• 6.5 Ag/IZO作為陽(yáng)極的頂發(fā)射TOLED79-81
• 6.6 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-99
• 攻讀博士/碩士學(xué)位期間取得的研究成果99-101
• 致謝101-102
• 附件102

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉佰全;陶洪;蘇躍舉;高棟雨;蘭林鋒;鄒建華;彭俊彪;;Color-stable,reduced efficiency roll-off hybrid white organic light emitting diodes with ultra high brightness[J];Chinese Physics B;2013年07期

  本文關(guān)鍵詞：背溝道刻蝕型氧化物薄膜晶體管的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：255853