NiO基p型非晶氧化物半导体材料及其薄膜晶体管的研究

p-type amorphous oxide semiconductors (AOSs) have become the criticle materials for the OLED devices and oxide-semiconductor-based CMOS devices. The TFTs technology is now short of p-type AOS channel layer, which is strictly limit the wide and deep development of OLED devices and transparent electronics. This project is try to understand the location mechanism and transport properties of holes in AOS well, and developed the high mobility p-type AOS materials. To investigate the interact between the channel layer and dielectric layer, and prepare the interface with good contact characteristic. To discuss the influence of environment on the back channel surface and the TFTs performance, and the role of the buffer layer. To research and develop the p-type AOS-TFT devices with relatively good electrical properties, reveal the factors and mechanisms which will influence the electrical performance and stability of the TFTs. Therefore, study on the key scientific problems for novel p-type AOS channel layer and the TFT devices is very important to promote the research level on oxide-TFTs, new OLED devices and oxide-CMOS devices, as well as to stimulate the development for display technology and new microelectronics in China.

p型非晶氧化物半导体（AOS）材料成为OLED器件和基于氧化物半导体CMOS器件发展的瓶颈材料，p型氧化物半导体TFTs技术的缺乏严重限制了OLED器件和透明电子学的广泛和深入发展。开展p型NiO基AOS材料及其薄膜晶体管的研究，旨在深入理解p型载流子的局域化机理和输运特性，开发出具有高迁移率的p型AOS材料；深入研究p型AOS沟道层与介质层之间的作用机制，制备出具有优良接触特性的沟道层/介质层界面；研究环境对背沟道表面和TFTs的影响，及其钝化层的作用，研发出电学性能优良的p型AOS-TFTs器件，揭示影响p型AOS-TFTs器件的电学稳定性的因素和机制。因此，开展p型氧化物半导体沟道层材料及其TFTs器件的关键科学问题的研究，对提高我国在氧化物TFTs器件、新型OLED显示器件和氧化物CMOS关键电子器件方面的研究水平，以及推动我国显示技术和新型微电子技术等战略性产业发展具有重要意义。

宽禁带无机半导体在各种电子器件领域发挥着越来越重要的作用。开展p型宽禁带无机半导体材料和新型非晶氧化物半导体薄膜晶体管的研究非常必要。我们探索了磁控溅射法研制p型NiO半导体及其薄膜晶体管的工作，详细研究了器件性能与各种工艺参数的依赖关系。.由于具有更好的空穴传输性能，硫化物宽禁带半导体材料在替代氧化物半导体材料方面显示出令人感兴趣的潜力。通过磁控共溅射获得了透明导电的Ba-Cu-S材料体系，分析表征了它们的化学成分比、光学和电学性能。研究表明，这些薄膜的导电率和透明度强烈依赖于它们的化学成分和基板温度。研究获得了透过率高达90%的P型导电薄膜，BaCu2S2薄膜和BaCu4S3薄膜的电导率分别为53 S/cm (250 °C)和74 S/cm (200 °C)。值得注意的是，工艺温度只有200-300 ℃，在不耐高温的半导体器件领域，显示出强大的应用前景。.开发了性能优良的新型a-IWO-TFTs器件，其场效应迁移率为27.6 cm2V-1s-1，电流开关比大于108，阈值电压Vth为-0.5 V, 亚阈值摆幅SS为0.36 V/decade。研究了氮掺杂、双沟道结构、退火氛围、偏压和光照等不同条件的电学稳定性。分析证实，在光照过程中，器件的电学稳定性依赖于氧空位在不同波长照射下在VO – VO+和VO – VO2+之间的跃迁。a-IWO-TFTs是一种具有应用前景的氧化物薄膜晶体管。.尽管a-IGZO-TFTs已经在工业上获得应用，但是其电学稳定性仍然存在需要克服的问题。深入研究了ESL结构和BCE结构a-IGZO-TFTs分别在PBTS和NBS下的阈值电压负漂现象。研究发现，前者主沟道层中电子被栅介质层捕获造成正漂；寄生沟道中空穴被ESL层捕获,以及电子在a-IGZO边缘的捕获，共同决定了寄生TFT的漂移特性。后者的寄生沟道源于空穴被捕获在沟道长度方向的边缘，造成了驼峰现象。我们还详细研究了水的吸附分布和机理，以及机械拉应力和压应力对于PI柔性基片上的双栅a-IGZO-TFTs性能的影响，为a-IGZO-TFTs的实际应用提供了解决方案。.为了探索具有优良性能和低成本的无铟氧化物半导体沟道层，我们率先开展了a-SnO2:Me (Me=Ni,W,Si,Bi)沟道层材料的研究。研究发现，合适的Me掺杂有助于降低关态电流和亚阈值摆幅，有效改善氧化锡基薄膜晶体管的开关