超高迁移率异质结非晶氧化物半导体薄膜晶体管的研究

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1、硕士学位论文超高迁移率异质结非晶氧化物半导体薄膜晶体管的研究作者姓名张鹏学科专业材料物理与化学指导教师兰林锋研究员所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月Studyonultrahigh-mobilityheterojunctionamorphousoxidesemiconductorthinfilmtransistorsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangPengSupervisor：Prof.LanLinfengSou

2、thChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN321.5学校代号：10561学号：201520114073华南理工大学硕士学位论文超高迁移率异质结非晶氧化物半导体薄膜晶体管的研究作者姓名：张鹏指导教师姓名、职称：兰林锋研究员申请学位级别：硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：光电材料与器件物理论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：彭俊彪委员：何志才叶轩立王磊

3、兰林锋摘要近年来，有源矩阵发光二极管（AMOLED）在显示中大放异彩，在诸多薄膜晶体管（ThinFilmTransistor,TFT）材料中，金属氧化物（MetalOxide）由于具有较高的迁移率，而且因均一性好、可见光透明、稳定性好和工艺温度低等优点而备受关注。然而随着显示技术的不断发展，对驱动迁移率的要求越来越高，现有的材料迁移率已不能满足这一技术要求，这就需要我们开发出高迁移率的TFT材料或器件结构。本文采用的有源层材料为铟锌氧（IndiumZincOxide,IZO），为了提高迁移率，我们通过改变铟（I

4、n）的含量制备出双层的IZO有源层（HIZO/LIZO），其中HIZO为高铟层，LIZO为低铟层，形成了HIZO/LIZO异质结结构。我们分别研究了HIZO薄膜和LIZO薄膜的光学特性以及电学特性，不论是HIZO还是LIZO薄膜，在350℃退火条件下依然处于非晶态。随着薄膜厚度变薄，薄膜展示出了更高的透过率并伴随着蓝移，意味着光学带隙的拓宽，在相同膜厚的情况下HIZO的带隙比LIZO宽。通过UPS和开尔文发现薄膜厚度减小导致EF下降，说明载流子浓度随着薄膜的厚度减小而减小，并且还发现HIZO比LIZO的Eoff

5、set大。此外通过XPS测试得出HIZO的氧空位高于LIZO，说明HIZO薄膜有着更高的载流子浓度，意味着HIZOTFT有更高的迁移率。本论文制备了HIZO、LIZO和heterojunctionHIZO/LIZO三种TFTs，发现heterojunctionTFT的迁移率远高于另外2种TFTs。通过C-V测试发现heterojunctionTFT的载流子浓度更高，并且通过电导-有源层膜厚曲线发现heterojunctionTFT中出现了2个峰，证明heterojunctionTFT具有双层导电沟道，导致迁移率

6、增大。在低温测试过程中输出转移特性正常，即使在4.2K的温度下器件的性能也很优异，从低温回到室温条件下的性能和初始性能几乎没变，说明器件的变温稳定性较好。关键词：薄膜晶体管；金属氧化物；铟锌氧；异质结；高迁移率IAbstractInrecentyears,activematrixorganiclightemittingdiodes(AMOLED)haveshowngreatpromiseindisplays.Themetaloxidethinfilmtransistor(MOTFT)hasdrawngreata

7、ttentionduetotheadvantagesofrelativelyhighelectronmobility,excellentuniformity,goodtransparency,andlowprocesstemperature.However,withthecontinuousdevelopmentofdisplaytechnology,therequirementsforthedevicemobilitybecomeshigher.Theexistingmaterialsmobilityhasf

8、ailedtomeetthistechnicalrequirement,whichrequiresustodevelophighmobilityTFTmaterialsordevicestructures.Theactivelayermaterialusedinthispaperisindiumzincoxide(IZO).Inordertoimprovethemobility,wep