全透明氧化物薄膜晶体管的工艺技术及物理机理研究

近几年来，有关透明电子学的研究逐渐成为电子技术领域的热门话题。透明电子学主要是关于透明氧化物半导体材料、器件以及电路的研究。透明氧化物半导体材料主要有In203、SnO2、ZnO及其掺杂的材料。我们的研究包括透明氧化物电子材料的导电机理；透明氧化物导电材料、半导体材料以及绝缘栅介质材料的工艺研究及应用；全透明氧化物电子器件的工艺制备及器件的可靠性等等。透明电子学产品可以应用到汽车透明的防雾玻璃、手机、电视、复印机、液晶显示（LCD）、有机发光二极管显示（OLED）、柔性显示、电子纸、太阳能电池、计算机等等非常广泛的领域。科学家们预测透明电子学将开创一个新的电子工业时代，透明电子产品也将发展成为一个效率更高、价格更便宜的新兴电子行业。透明电子学在各种新型光/电子产品中的研究和应用对开创新型工业、增加就业机会以及提供更有效更经济的消费品方面都将有重大影响。

全透明氧化物薄膜晶体管是当前半导体技术领域的研究热门课题之一。21世纪以来，透明电子材料受到国内外科研人员的高度关注，由于其在手机、电视、计算机、复印机、液晶显示、太阳能电池、触摸屏、薄膜晶体管、有机发光二极管、柔性显示、电子纸等诸多领域都有极其可观的应用前景。.本项目围绕着透明电子材料的选择，制备工艺技术，高性能全透明薄膜晶体管的制备以及工艺优化等方面展开研究。主要研究工作和所取得的成果包括：1、利用低温工艺在玻璃衬底上成功地制备了氧化锌薄膜材料。我们对氧化锌薄膜的制备工艺进行了详细的研究。通过不同工艺方法制备出了符合不同性能要求的氧化锌薄膜材料，测试分析了材料的结构、组分、电学特性等。开发了在玻璃衬底上制备半导体薄膜材料的新工艺。在玻璃衬底上制备出了性能良好的氧化锌半导体薄膜材料。2、利用低温工艺，在氧化锌薄膜上成功制备了高质量的高K栅介质绝缘层，并制备了氧化锌MOS电容。在玻璃衬底上制备了带有HfO2绝缘栅介质层的氧化锌薄膜晶体管。并且通过退火处理有效地降低了关态漏电流和阈值电压，同时提高电流开关比。3、研究了氧化锌薄膜晶体管的可靠性。薄膜晶体管的可靠性一直是在应用过程中最为关心的重要问题。我们研究了带有高K材料HfO2栅介质的氧化锌薄膜晶体管的可靠性，实验结果表明，氧化锌薄膜晶体管具有较高的时间稳定性和栅偏压可靠性。4、研究了铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜晶体管的制备工艺与特性。我们在玻璃基板上成功地制备出了完全透明的IGZO-TFT，并且整个制备工艺低于80℃。我们制备的IGZO薄膜晶体管的电流开关比大于108，亚阈值摆幅低于200mV/decade。场效应迁移率达到了27.3厘米2/ V•S。5、研究了铝掺杂的氧化锌薄膜晶体管（AZO-TFT）的制备工艺与特性。铝掺杂氧化锌薄膜晶体管的电流开/关比达到1.0×107，关态电流为10-13A，亚阈值摆幅为0.25V/decade，在饱和区的场效应迁移率达到了26.1cm2/ V•s。氧化锌薄膜晶体管的各项电学特性达到了平板显示行业的要求。尤其是低廉的制造成本和低的加工温度预示了铝掺杂氧化锌薄膜晶体管在未来的透明显示领域中具有相当广泛的应用前景。.通过努力，我们较好地完成了项目的研究内容和指标，共发表科技论文20篇，申请专利11项，各项指标均超过了预期目标。我们会继续努力，争取获得更多研究成果。