非晶InGaZnO薄膜電晶體環境穩定性機理的研究

《非晶InGaZnO薄膜電晶體環境穩定性機理的研究》是依託上海交通大學，由董承遠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非晶InGaZnO薄膜電晶體環境穩定性機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董承遠
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

非晶InGaZnO薄膜電晶體(a-IGZO TFT)可望成為下一代平板顯示的有源驅動電子器件,但目前對其環境穩定性機理尚不清楚，這成為了制約其大規模生產的不利因素之一。本項目將採用實驗測試和理論建模仿真相結合的方法針對a-IGZO TFT在不同環境溫度、氣氛和光照條件下的穩定性機理開展研究，分析環境條件對器件操作特性和電壓偏置穩定特性的影響，探索不同環境條件對a-IGZO TFT有源層和界面特性影響的基本規律；建立能夠有效描述a-IGZO TFT環境穩定性的物理模型並利用該模型研究影響器件環境穩定性的關鍵因素。最後根據上述研究結果提出並驗證能夠有效改善a-IGZO TFT環境穩定性的製備工藝手段和器件設計方法。本項目的實施一方面將極大加深對a-IGZO TFT這一新型半導體器件電學特性和工作機理的認識，另一方面將為其實際套用打下堅實的實驗和理論基礎。

結題摘要

非晶InGaZnO 薄膜電晶體(a-IGZO TFT)具有高遷移率、低漏電流、透明、柔性和製造工藝簡單等優點，可望成為驅動下一代平板顯示的電子器件,但目前對其環境穩定性（包括氣氛穩定性、熱穩定性和光照穩定性等）的機理尚不清楚，這成為了制約其大規模生產的不利因素之一。本項目採用實驗測試和理論分析相結合的方法針對a-IGZO TFT 在不同環境氣氛、溫度和光照條件下的穩定性機理開展研究，深入分析了環境條件對器件操作特性和電壓偏置穩定特性的影響，探索了不同環境條件對a-IGZO TFT 溝道層和界面特性影響的基本規律；建立了能夠有效描述a-IGZO TFT 環境穩定性的物理模型並利用這些模型研究了影響器件環境穩定性的關鍵因素。環境中的水汽是影響a-IGZO TFT靜置穩定性和正偏壓（PBS）穩定性的決定性因素，實驗證明了50%相對濕度下器件的PBS穩定性最差，我們建立了低高濕(LHH)理論模型對相關實驗結果作出了合理解釋。環境中氧氣含量的大小對a-IGZO TFT的熱穩定性產生顯著的影響，隨著環境氧氣濃度的增加，器件的熱穩定性逐漸改善；在a-IGZO中少量摻氮（例如氮氣流量為1 sccm）能夠明顯改善器件的熱穩定性，這是因為N原子會優先與Ga3+離子鍵合成穩定的Ga-N鍵，同時引入了較少的與N相關的缺陷的緣故。環境中的氧氣和水汽都能顯著改善a-IGZO TFT的光照穩定性；採用雙溝道（DSCL）結構能夠很好地抑制溝道內缺陷和氧空位的變化，減弱環境光照和氣氛對溝道的影響，從而獲得更好的器件穩定性；採用MZO和AMZO保護層能夠很好地改善a-IGZO TFT的光照穩定性，這是由於它們能夠有效地吸收UV光並隔離環境氣氛對器件的影響，從而顯著抑制器件溝道內缺陷態的變化。本項目的研究結果極大加深了對a-IGZO TFT 這一新型半導體器件環境穩定性機理的認識，為其實際套用打下了堅實的實驗和理論基礎。