利用磁控溅射制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管的研究

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1、中文摘要本论文主要研究以通过磁控溅射制备成薄膜的铟镓锌氧化物(IGZ0)为有源层，以二氧化硅为绝缘层的薄膜晶体管(TFT)。研究了薄膜厚度和热处理对薄膜光学性能的影响，以及磁控溅射氧分压、热处理对薄膜晶体管电学性能的影响。(1)利用磁控溅射制备了IGZ0薄膜，研究在不同薄膜厚度、不同热处理条件下薄膜在可见光范围的光学透过率的差异。结果表明，可见光透过率随薄膜厚度增加有所减小，同时退火和衬底加热均能有效提高薄膜透过率。(2)使用原子力显微镜(AFM)研究了不同氧分压对磁控溅射IGZO薄膜表面形貌的影

2、响，发现当氧分压为3．3％时，室温条件下制备得到的IGzO薄膜的表面形貌最为平整。然后利用上述不同氧分压下制备的IGZO薄膜制备了以其为有源层的IGzO．TFT器件，并测试器件性能，发现氧分压3．3％时IGzO．TFT器件性能最优，载流子迁移率O．43cm2Ⅳs，阈值电压为．12．64V，电流丌关比1．85×102。(3)研究了衬底加热和退火这两种热处理方式对薄膜表面形貌的影响。AF～I测试发现200℃衬底加热的IGZO薄膜的表面形貌优于经过200℃退火的IGzo．薄膜，而且两者都明显优于未经热处

3、理的IGZO薄膜。经200℃退火的lGzO薄膜为有源层制备的IGZ0．TFT器件性能比不退火时得到提升，载流子迁移率为O．74cm2／vs，阈值电压为．13．45V，电流丌关比为】．78×102。而经200℃衬底加热的IGZ0薄膜器件性能提升更多，迁移率O．94cm：Ⅳs，阈值电压为．13．43V，电流丌关比最大，约为2．19×102。关键词：薄膜晶体管；铟稼锌氧化物(IGz0)；磁控溅射；氧分压；衬底加热；退火分类号：TN321．5ABSTRACTInthispaper，wefIa．bricat

4、edthinfilmtransister(TFT)withIndiumGalliumZincOxide(IGZO)asactivelayerandSi02asgateinsulator。WestudiedtheimpactofheattreatmentandfilmthicknessontheopticalcharacteristicsofIGZOElm．WealsoinVes-tigatedtheinnuenceofoxigenpallialpressureandheattreatmentont

5、heelectricalcha。racteristicsofIGZO．TFTs．(1)Wed印ositedIGZOfilmusingradio-frequencyma印etronsputtering(RFMS)，thenanalysedtheopticaltransmisttanceofIGZOfilmunderdif．ferentconditions．Theresultshowsthatthetransmisstancesli曲tlyincreasedwithincreasingfilmthic

6、kness(40，80，and12011r11)，andthatbothannealingandsubstrateheatingcanincreasethetransmisstance．(2)Westudiedontheinnuenceofdif．ferentoxygenpanialpressure(O％，3．3％，and6．7％)onmesurfacemo叩hlogyofIGZOfilmsusingAFMtests，alldfoundthatmefilmsarethesmoothestunder

7、oxygenpartialpressureof3．3％．ThenwefabncatedIG-ZO．TFTsunderdif诧rentoxyg。npartialpressure(O％，3．3％，and6．7％)．Wefoundun‘der。xygenpartialof3．3％，theelectricalcharacteristicsofTFTisbest，withlowestthresholdvoltage(一l2．64V)，hi曲estca币ermobility(O．43cm2／Vs)，andhi

8、曲esto∥offratio(～1．85×102)．(3)WestudiedmeinnuenceofsubstrateheatingandannealingonIGZOfilmmor．ph0109y．AFMteS．tshowsthatthesurfaceofthe6lmswith200℃substrateheatingarebetterthanthoseannealedat200℃．andbothofthemarebetterthanthoseofuntreated．Thesubs