非晶InGaZnO薄膜晶体管环境稳定性机理的研究

Amorphous InGaZnO thin film transistors (a-IGZO TFTs) are considered to be the electronic addressing devices for next-generation flat panel displays. However, the stability mechanism of a-IGZO TFTs is still unclear, which prevents this technology from being put into mass production. In this project, the stability mechanism of a-IGZO TFTs under various temperatures, atmosphere and photo-illumination are investigated with experimental measurement and theoretical modeling combined, analyzing electrical performance and bias-stress effect of a-IGZO TFTs under various environmental conditions as well as discovering the influence of ambient conditions on the properties of the active layer and interface. Moreover, a physical model is built to effectively describe the ambient stability of a-IGZO TFTs, with which the related key parameters are studied. Finally, some useful production skills and design methods are proposed and verified to improve the ambient stability of a-IGZO TFTs based on the above research results. All in all, the application of this project may not only further our understanding of electrical properties and working mechanism of the novel semiconductor devices, i.e. a-IGZO TFTs but also strongly build experimental and theoretical basis of their actual applications.

非晶InGaZnO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)可望成为下一代平板显示的有源驱动电子器件,但目前对其环境稳定性机理尚不清楚，这成为了制约其大规模生产的不利因素之一。本项目将采用实验测试和理论建模仿真相结合的方法针对a-IGZO TFT在不同环境温度、气氛和光照条件下的稳定性机理开展研究，分析环境条件对器件操作特性和电压偏置稳定特性的影响，探索不同环境条件对a-IGZO TFT有源层和界面特性影响的基本规律；建立能够有效描述a-IGZO TFT环境稳定性的物理模型并利用该模型研究影响器件环境稳定性的关键因素。最后根据上述研究结果提出并验证能够有效改善a-IGZO TFT环境稳定性的制备工艺手段和器件设计方法。本项目的实施一方面将极大加深对a-IGZO TFT这一新型半导体器件电学特性和工作机理的认识，另一方面将为其实际应用打下坚实的实验和理论基础。

非晶InGaZnO 薄膜晶体管(a-IGZO TFT)具有高迁移率、低漏电流、透明、柔性和制造工艺简单等优点，可望成为驱动下一代平板显示的电子器件,但目前对其环境稳定性（包括气氛稳定性、热稳定性和光照稳定性等）的机理尚不清楚，这成为了制约其大规模生产的不利因素之一。. 本项目采用实验测试和理论分析相结合的方法针对a-IGZO TFT 在不同环境气氛、温度和光照条件下的稳定性机理开展研究，深入分析了环境条件对器件操作特性和电压偏置稳定特性的影响，探索了不同环境条件对a-IGZO TFT 沟道层和界面特性影响的基本规律；建立了能够有效描述a-IGZO TFT 环境稳定性的物理模型并利用这些模型研究了影响器件环境稳定性的关键因素。. 环境中的水汽是影响a-IGZO TFT静置稳定性和正偏压（PBS）稳定性的决定性因素，实验证明了50%相对湿度下器件的PBS稳定性最差，我们建立了低高湿(LHH)理论模型对相关实验结果作出了合理解释。. 环境中氧气含量的大小对a-IGZO TFT的热稳定性产生显著的影响，随着环境氧气浓度的增加，器件的热稳定性逐渐改善；在a-IGZO中少量掺氮（例如氮气流量为1 sccm）能够明显改善器件的热稳定性，这是因为N原子会优先与Ga3+离子键合成稳定的Ga-N键，同时引入了较少的与N相关的缺陷的缘故。. 环境中的氧气和水汽都能显著改善a-IGZO TFT的光照稳定性；采用双沟道(DSCL）结构能够很好地抑制沟道内缺陷和氧空位的变化，减弱环境光照和气氛对沟道的影响，从而获得更好的器件稳定性；采用MZO和AMZO保护层能够很好地改善a-IGZO TFT的光照稳定性，这是由于它们能够有效地吸收UV光并隔离环境气氛对器件的影响，从而显著抑制器件沟道内缺陷态的变化。. 本项目的研究结果极大加深了对a-IGZO TFT 这一新型半导体器件环境稳定性机理的认识，为其实际应用打下了坚实的实验和理论基础。