传统的非晶硅薄膜晶体管和有机薄膜晶体管已经很难满足要求,以铟镓锌氧化物(IGZO)为代表的透明非晶氧化物半导体(TAOS)具有迁移率高、均一性好、透明等优点,将有望成为下一代显示技术中薄膜晶体管的有源层材料。

作为TFT的核心部分,有源层的成膜质量、厚度等因素直接影响到薄膜晶体管的器件性能,所以对IGZO-TFT有源层的研究具有重要的意义。

另外,退火处理也是改善薄膜晶体管性能的一种重要途径。

(1)首先,采用射频磁控溅射制备了IGZO薄膜并进行了薄膜特性研究。XPS结果表明IGZO薄膜的元素比例(In:Ga:Zn)与靶材保持一致,通过在溅射中加入少量的O2能够抑制氧空位的产生；在低温条件下(200℃以下)制备的IGZO薄膜属于非晶态,并具有良好的表面形貌,粗糙度较低；IGZO薄膜的透射光谱表明在可见光范围薄膜具有较高的透过率,并推算出IGZO薄膜的光学带隙大约为3.69 eV,且随着基底温度的提高,薄膜的光学带隙减小：另外,我们还研究了溅射功率对IGZO薄膜生长的影响,结果表明,功率为100W时制备的薄膜比50W制备的薄膜具有更加光滑平整的表面形貌和更高的可见光透过率。

(2)其次,在优化IGZO薄膜制备条件的基础上,本文采用厚度分别为40、60、80、120 nm的IGZO薄膜作为薄膜晶体管的有源层,以底栅顶接触结构构筑器件。结果表明,所制备的器件为n沟道耗尽型器件,当IGZO厚度为80 nm时,器件的性能达到最优化,器件在饱和区的场效应迁移率为0.113 cm2/Vs,阈值电压为-12.99 V,开关比为2.56×102。

(3)最后,研究了退火温度对IGZO-TFT器件性能的影响。结果表明,退火处理能够提高器件的场效应迁移率,同时使器件的阈值电压向负方向漂移,200℃退火处理的器件与400℃退火处理的器件的场效应迁移率相差不大,XRD测试结果表明,当退火温度达到400℃时,IGZO薄膜开始结晶,晶界使得薄膜表面的粗糙度增加,将影响源漏电极与有源层的接触,因此,200℃的退火处理在改善IGZO-TFT性能上比400℃更合理有效。