用于OLED有源显示的非晶氧化物薄膜晶体管关键科学问题的研究

有机发光显示(OLED)被认为是下一代的平板显示技术，然而目前其受限于薄膜晶体管（TFT）技术而无法实现大面积显示。非晶氧化物半导体（AOS）因为具有高迁移率、高透明性和加工均匀性好等优点可望在有源驱动有机发光显示（AMOLED）中得到应用，但目前许多关键科学问题仍有待解决。本项目针对OLED显示有源驱动的应用背景，从材料、界面、器件到整机等多层次多方位对AOS TFT开展深入研究，内容主要包括沟道层高迁移率材料的研究与探索、有源层/栅绝缘层界面特性的研究与改善、AOS TFT器件稳定性的机理和改善方法的研究、AOS TFT理论建模研究及AMOLED样机试制与研究等。本项目针对上述关键科学问题的研究成果将为AOS TFT在OLED有源显示中的实际应用打下坚实的理论和实践基础。本项目不但具有很强的科学意义，而且其研究成果可望用于平板显示这一大型产业，从而带来巨大的经济效益和社会效益。

非晶氧化物半导体（AOS）因为具有高迁移率、加工均匀性好、高透明性和柔性佳等优点可望在有源矩阵驱动有机发光显示（AMOLED）中得到应用。然而，就OLED用AOS TFT技术而言，目前许多关键科学问题仍有待解决。本项目针对OLED有源矩阵驱动的应用背景，从材料、界面、器件到应用等多层次多方位地对AOS TFT开展了深入的研究，内容主要包括沟道层高迁移率材料的研究与探索、有源层/栅绝缘层界面特性的研究与改善、AOS TFT器件稳定性的机理和改善方法的研究、AOS TFT理论建模研究及AMOLED电路的仿真与制备验证等。. 首先，我们开展了具有原创性的高迁移率AOS沟道层IMeO(Me = W、Mo、 Bi、Zn等及其组合)的研究。结果表明，包含这些新型沟道层材料的TFT都表现出了较好的电学特性，特别是a-IWO TFT表现出了非常优越的操作特性和稳定特性。在氧气中退火处理的a-IWO TFT性能最佳，饱和迁移率高达27.55 cm2V-1s -1, 负偏置和正偏置电压稳定性测试中的阈值电压偏移（ΔVth）分别为0.92V和4.5V。其次，我们采用溶液法制备了Mg-Ti氧化物（MTO）介质层，并对其与AOS之间的界面特性进行了研究。更为重要的是，我们针对AOS TFT的环境稳定性开展了系统和深入的研究，探索了温度、光照和环境气氛对器件电学特性影响的物理机制并建立了定性的理论模型。我们提出了沟道层掺氮、双沟道层（DSCL)等技术方法用来提高AOS TFT的稳定特性，证明了这些方法的有效性并研究了相关机理。此外，我们建立了AOS的态密度（DOS)模型,结合仿真计算研究了缺陷态与AOS TFT操作特性和稳定特性之间的对应关系。最后，我们对电压驱动型2T1C、3T1C和4T1C的AMOLED像素电路的稳定性进行了比较研究，证明了4T1C像素电路的稳定性更佳。我们设计并制备了AOS TFT-OLED像素电路，相关结果验证了DSCL器件的实用性。. 针对上述关键科学问题的研究成果为AOS TFT在AMOLED中的实际应用打下了坚实的理论和实践基础。本项目不但具有很强的科学意义，而且相关研究成果可望用于FPD这一特大型产业，从而带来巨大的经济效益和社会效益。