溶液法制备IGZO/IZO薄膜的电学特性研究

基于溶液旋涂法、高压退火工艺,制备了非晶铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜、铟锌氧化物(IZO)薄膜和双层IGZO/IZO薄膜,研究了这些薄膜的电学特性。结果表明,在相同制作工艺下,IGZO单层薄膜的电流随外加恒流源时间的偏移不明显,而双层IGZO/IZO薄膜的电流随外加恒流源时间的偏移较大。退火温度在240 ℃～300 ℃范围内,电流的偏移量随温度升高而减小,回滞幅度也减小。薄膜的界面态对薄膜器件的I-V特性有较大影响,升高退火温度可改善IGZO/IZO双层薄膜界面特性。     

单栅和双栅多晶硅薄膜晶体管的二维器件仿真

二维器件仿真是揭示半导体器件物理机理的有效途径.首先利用二维器件仿真工具构建单栅和双栅多晶硅薄膜晶体管(TFT),并完整地考虑晶界陷阱态的分布规律,即指数分布的带尾态和禁带中央高斯分布的深能态.同时,改变晶界陷阱密度、多晶硅薄膜厚度、温度等条件,以及考虑翘曲(kink)效应,仿真单栅和双栅器件的电流-电压(I-V)特性,分析物理规律,建立对多晶硅TFT器件物理特性的进一步理解.     

基于喷墨打印的In2 O3/IGZO TFT的电学性能

利用喷墨打印技术制备了非晶铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜、铟氧化物(In_2O_3)薄膜和性能明显改善的双层In_2O_3/IGZO异质结沟道薄膜,研究了薄膜的物理与电学特性。结果表明,喷墨打印制备的金属氧化物薄膜具有较高的光学透过率与较低的表面粗糙度;嵌入的In_2O_3层薄膜能减小IGZO与In_2O_3间的界面缺陷,明显提高In_2O_3/IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能及其偏压稳定性。随着IGZO中In含量的增加,载流子浓度升高,器件的迁移率增大,但In_2O_3与IGZO间能级势垒会逐渐降低,最后导致难以控制关态电流和阈值电压,因此,适当调整In的比例有利于获得较高器件性能的In_2O_3/IGZO异质结沟道TFT。     

双层有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的仿真

采用SILVACO软件的ATLAS对双有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行二维器件模拟,研究了在底栅顶接触的结构下,不同沟道厚度比的情况下的器件的电学特性。在IZO材料的厚度为5nm、IGZO材料的厚度为35nm时,器件的最佳开关电流比约为3.5×1013,亚阈值摆幅为0.36V/dec。并在此厚度比的基础上,模拟了两层材料的隙态密度,并通过改变态密度模型中的相关参数,观察两层材料对器件的电学特性的影响情况。     

氧化物薄膜晶体管刻蚀阻挡层PECVD沉积条件研究

为实现氧化物TFT(Indium Gallium Zinc Oxide Thin Film Transistor,IGZO TFT)特性的最优化,采用I-V数据和SEM(Scanning Electron Microscope)图片研究蚀阻挡层(Etch-Stop Layer,ESL)沉积条件与氧化物TFT特性的关系。通过调整沉积温度、正负极板间距、压力和功率,分析了PECVD沉积ESL SiO2的成膜规律,并对所得到的TFT进行了特性分析。发现ESL膜层致密性过差时,后期高温工艺会造成水汽进入IGZO半导体膜层,从而引起TFT特性恶化。而采用高温、高压力等方法取得高致密性的ESL膜层由于高强度等离子体对IGZO本体的还原反应也会致使TFT特性劣化。结果表明,在保证膜层致密性前提下,等离子体对IGZO本体伤害最小的ESL沉积条件才是最优化的ESL沉积条件。     

光电导归一化法测量-Si:H隙态密度

本文用光电导归一化法得出 -Si:H膜在低吸收区的光吸收系数谱;用电子从价带的指数尾态和导带边以下1.0 eV处,由悬挂键形成的局域态到导带扩展态的跃迁,解释了实验结果;并从而得出费米能级EF以下的隙态密度,通过对复合动力学的研究,还得到费米能级以上(EFn-EF)的局域态密度的平均值,从而得出费米能级以上部份的态密度。结果表明导带尾比价带尾窄。     

利用探测器光电响应的带尾温变特性研究GaN/AlGaN界面极化电荷

日盲紫外探测器的抑制比由带尾响应决定,制作欧姆接触的高掺杂浓度p-GaN帽层是导致探测器带尾响应存在的不利因素。利用p-GaN/AlGaN界面极化电荷的调控,可以有效地抑制带尾响应。针对AlGaN吸收分离倍增(SAM)结构日盲雪崩光电二极管(APD)探测器进行了变温响应光谱测试,分析了正照射和背照射时响应光谱的差别,重点对带尾响应在低温下得到有效抑制的情况进行了讨论,认为在只有温变的情况下,异质结极化效应的增强起主导作用。对响应光谱进行了理论仿真计算,根据室温下自发极化及压电极化计算分析,得到了与室温下测试性能较为自洽的结果。基于带尾响应的温变特性,拟合得到极化电荷密度随温度的变化关系,提供了一种在SAM结构中利用响应光谱研究GaN/AlGaN界面极化电荷的新方法。     

氢化非晶硅薄膜晶体管的静态特性研究

发展了一种研究a－Si：HTFT静态特性的新方法。从a－Si材料的带隙态密度适配参数分布函数出发，采用Shockley－Read-Hall统计描述，发展了一种局域态电行密度统一模型，该模型同时考虑了带尾局域态和缺陷局域态的作用。提出并分析了沟道区有效温度参数的概念，在此基础上，推导出了a－Si：HTFT电流—电压特性的解析表达式。其理论值与实验值符合很好。并详细分析了a－Si材料参数对TFTN态特性的影响。     

半导体氮化物AlInN的光学性质

测量了AlInN薄膜(包括InN和AIN)的透射和反射光谱,结合四层透射和反射模型得到AlInN的一系列变温光学性质,包括吸收系数、能带带隙、乌尔巴赫带尾参数、折射率等等.采用一套经验公式,描述InN薄膜在本征吸收区和乌尔巴赫吸收区的吸收系数.发现带隙以下,AIN薄膜的折射率遵守Sellmeier经验公式.用基于态密度...     

未退火InGaZnO作为缓冲层的InGaZnO薄膜晶体管性能研究

铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO TFT)因具有场效应迁移率高,大面积均匀性好,无定型态等特点,被认为是显示器朝着大尺寸、柔性化方向发展的新型背板技术。源漏电极与有源层之间的接触氧化会增大器件的接触电阻,从而导致器件的性能降低。利用未退火IGZO具有氧含量低、氧空位多、电导率高的特点,提出采用未退火IGZO作为源漏电极缓冲层,以减少源漏电极与有源层之间的接触氧化。研究发现插入4nm未退火IGZO缓冲层时,相对于未采用缓冲层的器件,其饱和区场效应迁移率提高了11.6%,阈值电压降低了3.8V,器件性能有所提高。此外,该方法还可以在原位退火之后继续使用与有源层相同的材料溅射生长缓冲层,能够使得在采用矩形靶溅射方式的工业生产中,制备缓冲层工艺更加简单。     

氧分压对磁控溅射制备IGZO薄膜光电特性的影响

通过磁控溅射技术在玻璃基板上制备氧化铟镓锌(IGZO)薄膜,为了研究不同氧分压对IGZO薄膜结构及光电特性的影响,在不同的氧分压0,0.015,0.06和0.24 Pa下制备了不同样品。样品的沉积速率、成分结构、面电阻及光电性质分别用椭偏仪、X射线光电子能谱(XPS)和四点探针等方法进行了测量。实验结果表明,随着氧分压的增大,IGZO薄膜的沉积速率呈下降趋势,不同氧分压的IGZO薄膜的元素比例(In∶Ga∶Zn)差异不大,在可见光的范围内其氧分压为0 Pa以上时,IGZO薄膜平均透过率均超过80%,阻值随氧分压的增加而增大。制作了不同氧分压以IGZO为沟道层的薄膜晶体管,其迁移率为5.93~9.42 cm2·V-1·s-1,阈值电压为3.8~9.2 V。     

AlGaN日盲紫外光电二极管光谱响应特性仿真及验证

对日盲AlGaN光电探测器的光谱响应特性进行了仿真模拟,并将仿真结果与实测数据进行了比较分析,发现差异来自AlGaN材料的带尾效应。利用无p型层的材料透过率数据提取了器件吸收层截止波长附近的光吸收系数,并使用带尾吸收模型对测得的光吸收系数进行拟合,得到了AlGaN材料吸收带尾特征参数g、EUrbach分别为2.2×104cm-1、0.027 eV,补充和修正了AlGaN材料带内外光吸收模型,经验证使用该模型的仿真结果与实测结果具有很好的一致性。     

适用于非晶氧化锌薄膜晶体管的表面势紧凑模型

基于泊松方程和高斯定理,采用非迭代算法,在考虑非晶氧化锌薄膜晶体管(Amorphous zinc oxide thin film transistors,a-ZnO TFTs)带隙能态的指数带尾态和深能态的完整分布条件下,解析地建立了a-ZnO TFTs的表面势紧凑模型。与数值迭代算法的计算结果进行比较,该紧凑模型的绝对误差低至10-5 V数量级,且提高了计算效率;与其它实验拟合的陷阱态密度结果对比,进一步验证了模型的正确性。最后,提出的表面势紧凑模型可适用于a-ZnO TFTs器件漏电流模型的建构及其电路的仿真应用。     

氢化非晶硅局域态电荷密度的解析统一模型

本文发展了一种简明的氢化非晶硅局域态电荷密度统一模型。从ａ－Ｓｉ材料的带隙态密度适配参数分布函数出发，采用Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ统计描述，推导出局域态电荷密度统一的解析表达式，该模型同时考虑了带尾局域态和缺陷局域态的作用。     

脉冲对InGaZnO薄膜晶体管性能的影响

超大尺寸IGZO(InGaZnO)产品在高温高湿(50℃/80%)信赖性评价中易发生异常显示不良(Abnormal Display,AD)。其不良原因主要是集成栅极驱动电路(Gate Driver On Array,GOA)的关键器件M2转移特性曲线(I_DS-V_GS)在评价中发生了严重正移。本文通过脉冲实验,模拟GOA关键器件M2的实际工作环境,重现了转移特性曲线严重正移的不良现象。通过设置不同的脉冲实验,揭示了造成不良的主要影响因素：M2器件关闭时,漏极与源极之间的压差V_DS过大,使IGZO膜层内的氧空位V_O⁺在电场作用下同时向IGZO与GI(Gate Insulator)的边界及源极端迁移,由于氧空位V_O⁺对电子的捕获作用,最终导致转移特性曲线发生正移,并发现迁移的氧空位V_O⁺经过加热后可以复原。此外,在不改变IGZO成膜条件下,通过减小M2器件关闭时的V_DS压差,...     

IGZO TFT与ZnO TFT的性能比较

分析比较了ZnO TFT与IGZO TFT的主要光电学特性以及阈值电压稳定性。结果表明:ZnO薄膜与IGZO薄膜在可见光波长范围内都有着较高的光学透过率;在同等制备条件下,IGZO TFT器件的场效应迁移率、开关电流比、阈值电压及亚阈值系数等方面的特性均明显好于ZnO TFT;二者都有着较低的泄漏电流,并且差别很小。另外,ZnO TFT在正负偏压下阈值电压都有漂移,而IGZO TFT在正偏压下阈值电压漂移比ZnO TFT的小且在负偏压下阈值电压没有漂移,由此可见IGZO TFT比ZnO TFT有着更好的稳定性。总之,IGZO薄膜比ZnO薄膜更适合作为下一代TFT的有源层材料。     

调制掺杂AlxGa1-xN/GaN异质结中AlxGa1-xN势垒层表面态及其他局域态性质研究

通过测量调制掺杂Al0.22Ga0.78N/GaN异质结样品的变频电容-电压(C-V)特性,对Al0.22Ga0.78N势垒层表面态的性质进行了研究.结果发现在小偏压下,样品的电容随着测量信号频率的增加而下降,说明势垒层中存在表面态.实验数据分析表明:表面态密度约为1013cm-2量级,表面态的时间常数比势垒层中其他局域态大.随着空间隔离层厚度的增加,势垒层中其他局域态密度随之增加.在金属电极和Al0.22Ga0.78N势垒层之间加入Si3N4绝缘层可以对表面态起到显著的钝化作用,使表面态密度降为～1012cm-2量级.     

DUV辅助高压退火对a-IGZO薄膜微结构及光学特性的影响

利用原子力显微镜和椭圆偏振光谱仪,研究了不同退火温度下深紫外(DUV)辅助高压处理对溶液旋涂法制备的非晶IGZO薄膜微观结构与光学特性的影响。实验结果表明,通过DUV辅助高压退火处理,当退火温度从210℃升高至300℃,薄膜的光学带隙由2.97eV升至3.32eV,而膜表面粗糙层从22.81nm降至5.02nm。300℃-DUV处理的样品与同等压强下300℃无UV处理和350℃退火处理的相比,薄膜的折射率增加并明显地降低了其表面粗糙度,因此,DUV辅助高压退火处理能够有效减少有机化合物的残留,促进了成膜前驱基团的迁移,并形成更加致密的非晶IGZO薄膜。     

调制掺杂Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结中Al_xGa_(1-x)N势垒层表面态及其他局域态性质研究

通过测量调制掺杂Al0 2 2 Ga0 78N/GaN异质结样品的变频电容电压(C V)特性,对Al0 2 2 Ga0 78N势垒层表面态的性质进行了研究.结果发现在小偏压下,样品的电容随着测量信号频率的增加而下降,说明势垒层中存在表面态.实验数据分析表明:表面态密度约为10 13 cm-2 量级,表面态的时间常数比势垒层中其他局域态大.随着空间隔离层厚度的增加,势垒层中其他局域态密度随之增加.在金属电极和Al0 2 2 Ga0 78N势垒层之间加入Si3 N4绝缘层可以对表面态起到显著的钝化作用,使表面态密度降为～10 12 cm-2 量级     

不同溅射气体对a-IGZO TFT特性的影响

采用脉冲直流(Pulsed DC)方式和不同的单组份气体(Ar、O2、N2)溅射制作IGZO,研究了缺氧(Ar)、富氧(O2)、氧替代(N2)三种情形下的IGZO-TFT特性。通过AES、XRD、AFM等分析手段,考察了不同气体制备的IGZO膜以及相应靶材的成分及结构,发现不同的溅射气体对IGZO膜的成分比例和电学结构具有重要的影响。实验结果表明,Ar-IGZO TFT在退火后具有良好的特性,S值为1 V/dec,迁移率可达8.3 cm2/Vs,开关比Ion/Ioff≥105。