《新型透明氧化物半導體溝道層薄膜的研究》是依託復旦大學，由張群擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型透明氧化物半導體溝道層薄膜的研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張群
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開展具有原創性的新型透明氧化物半導體溝道層薄膜的研究，旨在從電子結構和晶格結構出發，理論探討IMeO(Me = W, Mo,Ti及其組合)氧化物半導體溝導層薄膜的光學和電學特性，篩選出合適的摻雜元素和含量及其組合；採用直流磁控濺射法/脈衝電漿沉積技術，研究製備IMeO透明氧化物半導體溝導層薄膜，分析比較不同摻雜元素W,Mo,Ti及其組合，以及各種製備參數對IMeO薄膜電學和光學性能的影響，探索不同摻雜離子對IMeO薄膜性能的作用機制；最佳化製備參數，確立載流子遷移率高、可見光範圍光學透明性好的新型IMeO透明氧化物半導體薄膜的製備條件；研製基於IMeO新型氧化物半導體溝道層的原型透明TFT，最佳化界面接觸特性和電晶體結構，研究影響IMeO-TFT電學穩定性的關鍵因素和作用機制，從而揭示IMeO-TFT穩定性的內在機理，研發出具有自主智慧財產權的透明氧化物半導體IMeO薄膜。
結題摘要
根據研究計畫和自主拓展，開展了新型氧化物溝道層薄膜及其TFTs器件、溶液法製備氧化物TFTs的新工藝，以及IZO基薄膜的理論計算等研究工作，較好完成了項目任務。 針對a-IGZO溝道層中Ga2O3和ZnO溶於酸，對濕法刻蝕工藝敏感，需要較厚的a-IGZO溝道層來彌補這一缺陷，以消耗更多的材料和工藝時間為代價的問題，開展了IWO溝道層及其TFTs器件的研究工作。IWO中的WO3不溶於除了氫氟酸以外其它的酸，故對濕法刻蝕工藝具有較好的工藝相容性。通過最佳化磁控濺射和退火處理工藝，獲得了器件性能優良的IWO-TFTs器件，場效應遷移率達到17.1 cm2/Vs、電流開關比大於106。研究證實了a-IWO薄膜作為TFTs溝道層的可能性，並且揭示了W元素具有改善氧化物TFTs器件電學穩定性的效果。進一步研發了a-IZWO-TFTs，同樣獲得了性能優良的器件性能，在W摻雜量為6.2 at.%時，其場效應遷移率為11.1 cm2/Vs，電流開關比約為107。揭示了W在a-IZWO溝道層中以氧空位（即載流子）抑制劑的形式存在，W摻雜是一種調製AOS-TFTs器件性能的有效方法。 AOS-TFTs通常採用SiO2，Al2O3和Si3N4作為介質層材料，目前以有機介質層為柵絕緣層的氧化物TFTs的研究還不多見，我們開展了a-IZO溝道層和聚四乙烯苯酚（PVP）有機介質層構成的混合型TFTs的研究工作。發現a-IZO和PVP構成雙層薄膜時呈現增透效應，可見光範圍平均透射率大於85%，這對於套用於全透明TFTs器件非常有利。獲得了飽和遷移率25.4 cm2 V−1 s−1、電流開關比106。對於研發成本低廉的氧化物TFTs提供了新的思路。 溶液法製備氧化物TFTs的關鍵問題是如何改善其器件性能。提出了近紅外光照技術，對溶液法製備的IGZO薄膜進行乾燥和退火處理。發現近紅外光照能夠增強去除有機物和脫羥基的效果，導致溶液法製備的a-IGZO-TFTs具有相對較好的器件性能，揭示了該技術套用於氧化物TFTs器件的可能性。考察了a-IGZO溝道層的氧電漿處理效果，分析得知氧電漿中兩種主要成分為原子氧和O2+離子，原子氧與溝道層中的氧空位反應導致遷移率改善，需要產生更多原子氧的氧電漿。 在本項目資助下，發表SCI論文13篇；申請發明專利7項，獲授權發明專利1項。
