《原子層組裝非晶氧化物半導體柔性TFT及可靠性研究》是依託復旦大學，由丁士進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：原子層組裝非晶氧化物半導體柔性TFT及可靠性研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁士進
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目面向低功耗高性能柔性電子系統的套用，開展基於非晶氧化物半導體（AOS）溝道的柔性薄膜電晶體（TFT）的研究。擬採用與聚醯亞胺柔性襯底熱穩定性相兼容的原子層澱積技術來組裝TFT的溝道/絕緣柵，研究原子層澱積InGaZnO、InGaZnAlO等AOS薄膜的生長工藝，以及AOS薄膜中元素組成對遷移率、載流子濃度等特性的影響，深入理解相關的物理機制。藉助新材料、新工藝和新結構的引入，來研究TFT器件的性能與它們之間的相關性，獲得對器件的性能進行調控的理論和方法。通過對AOS溝道和高介電常數絕緣柵的材料體系和物理結構進行設計和最佳化，製備出閾值電壓低、亞閾值擺幅小、開關電流比大、場效應遷移率高的柔性薄膜電晶體。進一步地，通過對柔性薄膜電晶體的可靠性進行研究，深入理解器件在偏壓應力、加熱、光照、機械張力等條件下可能發生的性能退火過程及潛在的機理，為改善器件性能的穩定性提供理論依據和解決思路。
結題摘要
柔性電子具有薄而輕、抗衝擊性強、良好的共形性等優點，因此在許多新興領域具有廣泛的套用前景。本項目面向低功耗高性能柔性電子系統的套用，開展了基於非晶氧化物半導體溝道的柔性薄膜電晶體（TFT）的研究。主要研究內容與成果如下：（1）採用熱原子層澱積（T-ALD）技術生長溝道層和柵介質層，研究了基於ZnO/Al2O3、InOx/Al2O3的TFT器件，重點探索了低溫後處理工藝對TFT性能的改善效應。針對前者，我們發現在200℃下於空氣中退火60分鐘能獲得在300℃下退火10分鐘相類似的效果；針對後者，我們提出利用O2電漿處理溝道層，可以在很短的時間內顯著改善器件的性能。譬如，在200℃氧氣中退火4小時後器件仍不具備TFT的功能，然而在200℃下經氧氣電漿處理4分鐘後，器件便具有顯著的TFT開關功能，例如：場效應遷移率11 cm2V-1s-1, 閾值電壓0.9 V,亞閾值擺幅0.38 V/dec,開關電流比107。（2）採用電漿增強的原子層澱積（PE-ALD）技術，在較低的溫度下製備了富氫的SiO2、Al2O3柵介質，通過磁控濺射沉積IGZO薄膜的過程中H元素的自擴散，有效地鈍化了IGZO溝道層中的氧空位，因此器件不需要經過任何後退火處理就表現出優異的性能。譬如，基於PE-ALD生長的SiO2介質a-IGZO TFT擁有高達63.6 cm2V-1s-1的場效應遷移率，閾值電壓為-0.24V，亞閾值擺幅為0.2 V/dec，開關電流比達到108數量級。（3）採用PE-ALD技術生長富氫的Al2O3薄膜作為柵介質，並以ITO/PET為柵極/基底，在30℃的最高工藝溫度下研製出了高性能柔性a-IGZO TFT，並對該柔性器件的機械彎曲等穩定性進行了研究。該器件的閾值電壓為0.1V，亞閾值擺幅為245mV/dec，遷移率為17cm2V-1s-1，開關電流比為1.2108。在經過1000次的彎曲後器件的遷移率、亞閾值擺幅均沒有發生明顯的變化。（4）針對PE-ALD生長的富氫Al2O3柵介質a-IGZO TFT器件，我們進一步研究了其對不同波長可見光的探測性能以及突觸功能。藉助氫元素界面摻雜技術，獲得了對300-500 nm範圍內可見光的可分辨的光探測器；通過調控氫元素摻雜濃度，獲得了記憶時間在8.9 ms-1000s範圍內可調的突觸電晶體，單個突觸事件的功耗保持在飛焦量級
