非晶态金属氧化物透明TFT的研究

The metal oxide transparent thin film transistors(TFTs) may be an ideal candidate to replace the a-Si TFT switching elements in the display area. To solve the problems low mobility and poor stability in metal oxide TFTs, the project is planned that higher mobility and good stability TFTs are prepared by magnetron sputtering on the ITO glass and Si substrates with ITZLO channel layer,ITZLO and GZO double channel layer, ZrO2 and HfO2 insulation layer.The passivation process to protect the channel layer, to reduce the influence of the environment, water, oxygen and hydrogen, and to improve the stability of the TFTs. The morphology, structure, interface, optical properties and oxygen vacancy defects on the insulating layer and the channel layer, the mobility and the stability of the TFTs are studied for prearation and annealing conditions.Research on the carrier concentration and the conductive mechanisms of the channel layer, as well as carrier transport and other electrical properties.To study insulating properties of the insulating layer, interface defects on the channel layer and the insulating layer interface, to reduce the defect density, low leakage current, and to improve the mobility and stability.The preferred electrode, improve the ohmic contact and interface defects and improve device stability.Discontinuous batch annealing approach reduces the interdiffusion between the device layer, to improve the performance of the device.Explore new TFTs structure and preparation process, improve the quality of the TFTs.

目前金属氧化物TFT已成国内外研究的热点并已取得了长足进步，但其关键问题迁移率还满足不了3D等显示器的要求，且稳定性也达不到实用化的需求。本项目拟从优选材料和研究器件结构等方面解决上述问题，即选用自身迁移率高的新型材料体系ITZLO等作沟道层，并与稳定性好的GZO作双沟道层，用HfO2和Al2O3等作绝缘层，研制迁移率高和稳定性好的TFT。用钝化工艺保护沟道层，减少环境中水、氧气和氢气的影响，提高TFT的稳定性。主要研究内容为：优化制备条件和退火条件，研究绝缘层和沟道层的形貌、结构、界面、光学性质和氧空位等缺陷密度，提高TFT的迁移率和稳定性；研究沟道层的载流子浓度和导电机制以及载流子输运等电学性能，研究绝缘层的绝缘性能及沟道层与绝缘层界面等缺陷，减少缺陷密度，降低漏电流，提高迁移率和稳定性；优选电极，改善欧姆接触和界面缺陷，提高器件稳定性；探索新型TFT结构和制备工艺，提高TFT的质量。

TFT是TFT-LCD和AMOLED等平板显示器的关键部件，目前主要是用a-Si TFT，由于其迁移率（<1 cm2/V s）和开口率低等缺点，已不能满足大尺寸、高分辨率、超高清、高速的现代显示的需求。IGZO 和IHZO等金属氧化物TFT具有迁移率 (>10 cm2/V s）和开口率高等优点成为替代a-Si TFT的理想器件，目前已进入显示器试生产阶段。但是，这些金属氧化物TFT的迁移率仍不能足够3D等现代显示的需求，针对这个问题，我们研制了几个系列氧化物TFT，获得主要研究结果如下：.1.首次用磁控溅射制备出了高性能的Z0.9T0.1LO TFT，其迁移率高达45.1 cm2/V s，开关比达6.0×107，阈值电压为7.0 V，且器件有良好的稳定性。这是文献报道中性能很好的器件。.2.首次用磁控溅射制备出了高性能的IZO:(Li,N) TFT，其迁移率为39.2 cm2/V s，电流开关比为3.9×107，阈值电压为8.9 V，且器件比较稳定，这是文献报道中性能很好的器件。.3.首次用磁控溅射制备出了I0.8Z0.2L O TFT，其迁移率达到56.1cm2/V s，开关比为5.1×106，阈值电压为2.0V，且器件有良好的稳定性。这是文献报道中性能很好的器件。.4.首次用磁控溅射制备出了高性能的双活性层I0.8Z0.2LO TFT，其迁移率为62.1 cm2/V s，开关比为1.1×107，阈值电压为9.2V，且器件较稳定。与单层结构相比，其性能有所提高。这是文献报道中性能很好的器件。.5.首次用磁控溅射制备出了高性能的I0.67Z0.33LO TFT，其迁移率高达80.4cm2/V s，开关比为4.0×106，阈值电压为4.1V，且器件具有良好的稳定性，这是文献报道中性能最好的器件之一。.6.首次用磁控溅射制备出了高性能的ZITLO TFT，其迁移率为38.9 cm2/V s，电流开关比为2.1×108，阈值电压为-1.7 V，而器件有较好的稳定性，这是文献报道中性能最佳的TFT器件之一。