等离子体处理对非晶IGZO柔性薄膜晶体管性能的影响

本文研究了柔性基板上的薄膜晶体管,使用IGZO作为有源层,栅极绝缘层采用NH3等离子体和N2O等离子体分别进行处理,研究器件性能变化。结果表明等离子体类型及处理时间对阈值电压、场效应迁移率、开关比、亚阈值摆幅（SS）和偏压稳定性都有影响。TFT器件用NH3等离子体处理10秒显示出最佳的器件性能,阈值电压达到0.34 V,场效应迁移率为15.97 cm2/Vs,开关比为6.33×107,亚阈值摆幅为0.36 V /dec。本文提出的柔性IGZO-TFT是下一代柔性显示驱动装置较好选择。     

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。     

原子层沉积方法制备低温多层Al2O3/TiO2复合封装薄膜的研究

原子层沉积(ALD)方法可以制备出高质量薄膜,被认为是可应用于柔性有机电致发光器件(OLED)最有发展前景的薄膜封装技术之一。本文采用原子层沉积(ALD)技术,在低温(80℃)下,研究了Al₂O₃及TiO₂薄膜的生长规律,通过钙膜水汽透过率(WVTR)、薄膜接触角测试等手段,研究了不同堆叠结构的多层Al₂O₃/TiO₂复合封装薄膜的水汽阻隔特性,其中5 nm/5 nm×8 dyads(重复堆叠次数)的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜的WVTR达到2.1×10^-5 g/m²/day。采用优化后的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜对OLED器件进行封装,实验发现封装后的OLED器件在高温高湿条件下展现了较好的寿命特性。     

高可靠性Cu BCE a-IGZO TFTs的制作

背沟道刻蚀型（BCE）非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管（a-IGZO TFT）具有工艺简单、寄生电容小以及开口率高等优点,但BCE IGZO器件背沟道易受酸液和等离子体损伤,进而引起TFT均匀性和稳定性等方面问题,随着GOA技术的导入,对TFT器件电学性能的均匀性和稳定性提升的要求也日益迫切,因此开发高信赖性BCE IGZO TFT是技术和市场的迫切要求。本文主要分析了基于IGZO的背沟道刻蚀型薄膜晶体管电学性质,通过优化钝化层材料,色阻材料以及GOA TFT结构等削弱因背沟道水汽吸附引起的器件劣化,偏压温度应力测试结果显示优化后的TFT展现了良好的稳定性——在80℃,栅极30 V负向偏压条件下,2 000 s的ΔV_th小于1 V。最终,利用优化的IGZO TFT制作了215.9 mm（85 in）8K4K 120 Hz液晶显示器。     

基于柔性PI基底的氧化物IGZO TFT器件工艺及特性研究

讨论了基于柔性PI基底上的底栅型TFT器件工艺,通过工艺优化解决了双层结构干刻速率不同造成的下切角形状。本文TFT器件是基于氧化物IGZO为有源层,栅绝缘层采用Si3N4/SiO2双层结构,采用两次补偿曝光、干刻方式消除干刻引入的下切角形状,有效解决了薄膜沉积引入的断线风险。实验结果表明,经过SEM断面观察,干刻后双层结构taper角度适合TFT器件后续沉膜条件,柔性基底上制作的TFT器件迁移率达到14.8cm2/(V·s),阈值电压Vth约0.5V,亚域值摆幅SS约0.5V/decade,TFT器件的开关比Ion/Ioff106。通过此方法制作出的器件性能良好,满足LCD、OLED或电子纸的驱动要求。     

柔性HfO2/Ta2O5叠层栅介质ZnO薄膜晶体管

为了有效提高柔性薄膜晶体管的电学性能,室温条件下,在聚酰亚胺(PI)衬底上使用H_fO₂、Ta₂O₅两种高介电常数材料相结合的叠层结构代替单层Ta₂O₅作为栅电介质,探究其对器件电学性能的影响。采用磁控溅射法制备薄膜,研究了叠层栅电介质结构中Ta₂O₅层在不同溅射时长、不同氧氩比条件下对于器件电学性能的影响,并进行H_fO₂/Ta₂O₅叠层栅电介质器件与Ta₂O₅单层栅电介质器件的比较。结果表明,Ta₂O₅栅电介质层在溅射时长为1 h、氧氩比为10∶90时,器件电学性能达到最佳。叠层栅电介质结构的引入显著提高了器件电学性能,电流开关比为1.27×10⁶,阈值电压为9.1 V,亚阈值摆幅为0.54 V/decade,载流子迁...     

h-BN/Al2O3栅介质氢终端金刚石场效应晶体管

金刚石是实现高频大功率器件的理想候选材料,但是其较低的载流子迁移率制约了器件的性能,六方氮化硼(h-BN)作为氢终端金刚石场效应晶体管(FET)的栅介质材料有望提升金刚石材料的载流子迁移率。利用商业化大面积h-BN材料,制备了h-BN/Al₂O₃栅介质的氢终端金刚石FET,h-BN/Al₂O₃/氢终端金刚石材料的载流子迁移率得到提升,达到186 cm²/(V·s)。相较于Al₂O₃栅介质的金刚石FET,h-BN/Al₂O₃栅介质的金刚石FET最大饱和电流密度和最大跨导均得到提升,分别为141 mA/mm和9.7 mS/mm。通过电容-电压(C-V)测试计算了栅介质和金刚石间界面固定电荷密度和陷阱密度,h-BN/Al₂O₃栅介质的金刚石FET界面负固定电荷密度为5.4×10¹² cm^-2·eV^-1...     

柔性ZnS∶Cu电致发光器件制备和性能研究

采用喷墨印制工艺在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜表面制备纳米银线(AgNWs)柔性透明导电膜。以纳米银线柔性透明导电膜分别作为顶电极和底电极，ZnS∶Cu为发光层，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质层和包装层，采用旋涂工艺制备AgNWs/ZnS∶Cu&PDMS/AgNWs结构的柔性电致发光器件，并研究了电极的光电性能、介质层性能以及施加电压对器件性能的影响。研究表明，良好光电性的电极和高介电常数的介质层有利于提升器件发光强度。当以方阻20Ω/和透光度(550 nm)63.9%的薄膜作为电极，BaTiO₃和PDMS混合作为介质层时，施加200 V电压时器件的发光强度可达2.61 cd·m^-2,施加300 V电压时器件的发光强度可达6.41 cd·m^-2。器件弯曲180°后仍具有良好的电致发光特性。采用喷墨印制工艺制备4 cm×4 cm花朵图案的纳米银线柔性透明导电膜分别作为顶电极和底电极，ZnS∶Cu为发光层，BaTiO₃和PDMS作为介质层和包装层，制备电致发光器件，在200 V(50 Hz...     

高可靠性Cu BCE a-IGZO TFTs的制作（英文）

背沟道刻蚀型(BCE)非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管(a~-IGZO TFT)具有工艺简单、寄生电容小以及开口率高等优点,但BCE IGZO器件背沟道易受酸液和等离子体损伤,进而引起TFT均匀性和稳定性等方面问题,随着GOA技术的导入,对TFT器件电学性能的均匀性和稳定性提升的要求也日益迫切,因此开发高信赖性BCE IGZO TFT是技术和市场的迫切要求。本文主要分析了基于IGZO的背沟道刻蚀型薄膜晶体管电学性质,通过优化钝化层材料,色阻材料以及GOA TFT结构等削弱因背沟道水汽吸附引起的器件劣化,偏压温度应力测试结果显示优化后的TFT展现了良好的稳定性——在80℃,栅极30V负向偏压条件下,2 000s的ΔV_(th)小于1V。最终,利用优化的IGZO TFT制作了215.9mm(85in)8K4K120Hz液晶显示器。     

氧分压对铟镓锌氧薄膜晶体管性能影响

采用标准的液晶显示屏基板制备工艺制备出铟镓锌氧薄膜晶体管(IGZO-TFT),通过调节IGZO薄膜工艺中氧分压,研究不同氧分压对TFT器件电学性能的影响。实验结果表明,所有器件都展现出良好的电学特性,随着氧分压从10%增加到50%,TFT的阈值电压由0.5 V增加到2.2 V,而亚阈值摆幅没有发生变化。在栅极施加30 V偏压3600 s后,随着氧分压的增加,阈值电压向正向的漂移量由1 V增加到9 V。经过分析得出高氧分压的IGZO-TFT器件中载流子浓度低,建立相同导电能力的沟道时所需要栅极电压会更大,阈值电压会增加。而在金属-绝缘层-半导体(MIS)结构中低载流子浓度会导致有源层能带弯曲的部分包含更多与电子陷阱相同的能态,栅介质层(GI)会俘获更多的电子,造成阈值电压漂移量较大的现象。     

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。     

高k栅介质增强型β-Ga2O3 VDMOS器件的单粒子栅穿效应研究

以增强型β-Ga₂O₃ VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al₂O₃和HfO₂栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线性能量转移为98 MeV·cm²/mg的重离子攻击,SiO₂栅介质器件则发生了单粒子栅穿效应(Single event gate rupture, SEGR)。采用HfO₂作为栅介质时源漏电流和栅源电流分别下降92%和94%,峰值电场从1.5×10⁷ V/cm下降至2×10⁵ V/cm,避免了SEGR的发生。SEGR发生的原因是沟道处累积了大量的空穴,栅介质中的临界电场超过临界值导致了击穿,而高k栅介质可以有效降低器件敏感区域的碰撞发生率,抑制器件内电子空穴对的进一步生成,降低空穴累积的概率。     

基于忆阻器结构的Ge基光控晶体管制备及其光电性能研究

设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管,它由两个结构为Ni/Ge/GeO_x/Al₂O₃∶HfO₂/Pd的忆阻器背对背组成,共用阻变层GeO_x/Al₂O₃∶HfO₂、衬底Ge和底电极Ni,阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极,中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性,并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地,探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势,能有效简化器件制备工艺、降低制造成本,可为下一代光电芯片研发提供参考。     

GaN基p-i-n型紫外探测器钝化工艺研究

钝化层膜系的选择及其工艺的优化对降低GaN基紫外探测器的漏电流和提升其可靠性是至关重要的。文章采用多种钝化层：等离子体增强化学气相沉积生长的Si₃N₄(PECVD-Si₃N₄)、电感耦合等离子体化学气相沉积生长的Si₃N₄(ICPCVD-Si₃N₄)和SiO₂(ICPCVD-SiO₂)以及等离子原子层沉积生长的Al₂O₃(PEALD-Al₂O₃),分别制备了GaN基金属-绝缘体-半导体(MIS)器件，并对MIS器件的电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)特性进行了对比研究。采用PECVD-Si₃N₄作为钝化层的GaN基MIS器件具有较低的漏电流；在双层PECVD-Si₃N₄钝化层中插入PEAL...     

阳极刻蚀提升Ga2O3肖特基势垒二极管击穿特性

提出了一种采用阳极刻蚀提升Ga₂O₃肖特基势垒二极管(SBD)击穿特性的新方法。基于氢化物气相外延(HVPE)法生长的Ga₂O₃材料制备了Ga₂O₃纵向SBD。在完成阳极制备后，对阳极以外的Ga₂O₃漂移区进行了不同深度的刻蚀，刻蚀完成后，在器件表面生长了SiO₂介质层，随后制备了场板结构。测试结果显示，刻蚀后器件的比导通电阻小幅上升，而反向击穿电压均大幅提升。刻蚀深度为300 nm的β-Ga₂O₃ SBD具有最优特性，其比导通电阻(R_{on, sp})为2.5 mΩ·cm²,击穿电压(V_br)为1 410 V,功率品质因子(FOM)为795 MW/cm²。该研究为高性能Ga₂O₃ SBD的制备提供了一种新方法。     

增强型β-Ga2O3/4H-SiC异质结VDMOS的设计与研究

由于β-Ga₂O₃材料难以形成P型掺杂，目前β-Ga₂O₃功率器件大多为无结耗尽型。为了解决β-Ga₂O₃器件难以形成增强型的问题，提出了一种具有β-Ga₂O₃/4H-SiC异质结的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)。添加P型4H-SiC后，利用形成的PN结的单向导通性得到了正阈值电压，实现了增强型器件。使用Sentaurus TCAD仿真软件模拟了器件结构并研究了其电学特性，通过调节SiC厚度、SiC沟道浓度、外延层厚度和外延层浓度四个重要结构参数，对器件的功率品质因数进行优化设计。优化后的器件具有1.62 V的正阈值电压、39.29 mS/mm的跨导以及5.47 mΩ·cm²的比导通电阻。最重要的是器件的关态击穿电压达到了1838 V,功率品质因数高达617 MW/cm²。结果表明，该β-Ga₂O₃/...     

光刻胶剥离制程中的寄生栅极效应

在薄膜晶体管(Thin film transistor,TFT)的公共电极制程中,有部分TFT样品的漏电流(I_off)异常偏高,该部分样品经历同一个光刻胶剥离设备,导致该设备暂停流片,造成产能损失。明确该剥离设备造成TFT漏电流偏高的原因并予以解决,对产能和品质确保具有积极意义。本文首先收集了异常设备剥离液和正常设备的剥离液并分析成分,发现异常设备的剥离液中Al离子含量高。其次,发现TFT的I_off会随着在异常设备流片次数的增加而上升。其原因是Al离子在剥离制程生成Al₂O₃颗粒,该颗粒附着在TFT器件钝化层上形成寄生栅极效应,最终造成I_off增加。最后,结合TRIZ输出解决方案,并优选方案进行改善验证。实验结果表明,剥离液中的Al离子浓度由1×10^-8上升到2.189×10^-6时,I_off由3.56 p A上升到7.56 p A。当剥离液中含有Al离子,经历的剥离次数增加时,I_off呈上升...     

垂直型g-C3N4/p++-Si异质结器件的光电性能

通过旋涂法制备垂直型的g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件,研究该异质结器件的光电特性,探索其在可见和紫外光区的光电响应规律。该器件在零偏压和反偏压下均有明显的光电响应。在-1 V偏压下器件响应度为1.52 mA/W(激光波长532 nm,光强3.82 mW/mm²),响应时间约为0.94 s,光电流开关比为1.03×10³。相比于g-C₃N₄器件,g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件具有更高的光电灵敏度。经过分析,其光电性能的提高是由于g-C₃N₄与Si之间形成了高质量的内建电场,该内建电场有效分离了g-C₃N₄中具有高结合能的激子,从而获得高的光生电流。特别是该器件在零偏压条件下的光电流开关比仍然可达10³以上,响应速度为0.5 s,表明g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件在自供电低噪声光电探测器领域具有很好的应用前景。     

肖特基型β-Ga2O3日盲紫外光电探测器

本文制备并研究了肖特基型β-Ga₂O₃日盲紫外光电探测器.结果表明：通过脉冲激光沉积外延生长的β-Ga₂O₃的（-201）晶面 X射线衍射峰半高宽仅为36 arcsec,表现出了高的晶体质量;光暗条件下的I-V曲线显示所制备的器件具有明显的肖特基整流特性,在-5V偏压下暗电流保持在0.1nA量级,正向导通电压为1.5V;光电流谱显示器件在240nm处存在显著的峰值响应,并在260nm左右呈现陡峭的截止边,日盲紫外的带内带外抑制比达到1000.同时,也研究了不同掺杂对Ga₂O₃晶体质量的影响.     

Al2O3厚度对SAW传感器声波模式及性能的影响

该文采用多物理场耦合的有限元模型,探究了保护层Al₂O₃厚度对以LGS为压电基底、Pt为电极的声表面波(SAW)高温传感器中声波特性及器件性能的影响。结果表明,随着Al₂O₃保护层厚度的增加,声表面波在L波方向的振动位移增加,在SH波和SV波方向的振动位移减弱,当保护层归一化厚度为6.25%时,其能量向衬底内部扩散;当保护层归一化厚度为18.75%时,Rayleigh波消失,此时为体波BAW模式;增加Al₂O₃保护层,波速v、机电耦合系数K²显著升高;一阶频率温度系数τ_f,1和转换温度随保护层厚度的增加而升高。利用Al₂O₃薄膜对SAW温度传感器进行结构优化,为了获得良好的综合性能,归一化厚度应该在0.94%附近。