《陽極氧化方法製備同質結金屬氧化物薄膜電晶體研究》是依託北京大學，由張盛東擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陽極氧化方法製備同質結金屬氧化物薄膜電晶體研究
- 項目負責人：張盛東
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
薄膜電晶體（TFT）是現代顯示器的核心元件，氧化物TFT是目前該領域的研究熱點。我國在該領域一直缺乏原創性技術。本項目首次提出一種基於電化學陽極氧化原理的氧化物TFT製備方法。其特徵是在柵介質上澱積某類金屬膜，然後選擇性地將柵電極上方區域的金屬膜陽極氧化成半導體氧化物而形成器件的有源區，而未被氧化的金屬部分則自然成為器件的源漏區和互連線。分析表明這種方法能產生新穎的器件結構，提高器件性能、簡化製造工藝和降低製作成本。此外該方法還可用於低溫柔性TFT的製作。對涉及的科學問題和擬開展的研究內容進行了闡述，並制定了詳實的研究方案。分析指出雙（多）層金屬的選擇性陽極氧化方案有望提供更大的最佳化器件性能和降低製作成本的空間。基於相關的理論基礎和已有的初步實驗結果論述了所制定方案的可行性和先進性。申請人紮實的研究基礎和完備的軟硬體條件將確保項目順利開展並取得優異成果。
結題摘要
傳統TFT面板製造的一個主要問題是須採用昂貴複雜的真空設備和真空技術，導致投資巨大和污染嚴重。我們提出並研究了一種新的低成本和高性能氧化物薄膜電晶體的製備方法。該方法的特點是利用陽極氧化技術形成TFT器件的柵介質層、鈍化層，以及溝道層。本研究主要內容和取得的成果如下：1、首次用陽極氧化法製備出等效氧化物厚度為3.8 nm 的薄HfO2薄膜。其泄漏電流在1MV/cm電場下為3.6×10−8 A/cm2，相對介電常數達~21。室溫下製備的基於該薄HfO2柵介質的非晶銦鎵鋅氧（a-IGZO） TFT具有陡的亞閾值擺幅（109 mV/dec），以及超過10的8次方的開關比。2、提出並研究了用陽極氧化法調製金屬氧化物溝道層電、光學特性和晶體結構。在此基礎上採用全室溫工藝成功製備出了同質結ITO TFT。該器件具有超過10的8次方的開關比，29 cm2/Vs的飽和遷移率和0.20 V/dec的亞閾值擺幅。該方法還能靈活地調節TFT的閾值電壓，實現多閾值電路技術。3、提出並研究了用陽極氧化在溝道背面原位製備鈍化層的方法，並以此實現了基於Ta2O5原位鈍化的ITO TFT技術。陽極氧化得到的Ta2O5薄膜具有非晶的結構和低的泄漏電流。所鈍化的ITO TFT具有56.1 cm2/Vs的飽和遷移率，0.14 V/dec的亞閾值擺幅，以及＞10的9次方的開關比。測試結果表明，ITO TFT的電學特性不受外界大氣氣氛的影響，並具有好的應力穩定性。4、提出了採用陽極氧化技術直接將金屬Zn轉換成ZnO的方法，成功地實現了陽極氧化ZnO作為溝道層的TFT製備技術。該技術能夠靈活有效地調節ZnO薄膜中氧元素的含量，改變ZnO薄膜的電學和光學特性。採用選擇性陽極氧化金屬Zn製備出了新結構的ZnO TFT器件。其源漏為Zn金屬，溝道區為ZnO半導體。器件具有合理的開關特性，且能夠實現多閾值技術。
