ZnO基薄膜室温生长及全透明柔性薄膜晶体管研究

全透明柔性薄膜晶体管（TFT）是目前显示技术的热点研究领域。ZnO作为一种新型宽带半导体，具有可见光透明、可室温沉积、迁移率高等优点，是制备全透明柔性TFT的理想材料。本项目以全透明柔性ZnO-TFT关键技术为核心开展研究，设计新型器件结构，以PET为有机衬底，氧化铝、氧化钛及其复合非晶薄膜为绝缘层，高阻本征ZnO多晶薄膜为沟道层，透明导电Ga掺杂ZnO（GZO）薄膜为栅极、源极和漏极。利用磁控溅射方法，优化生长工艺，室温生长高质量非晶绝缘层薄膜，进而结合创新的非晶缓冲层技术，室温生长ZnO基晶体薄膜；采用光刻法和模板法定义器件图形，探索器件制备工艺，实现室温制程下的ZnO-TFT制备。系统研究材料和器件的电学、光学、结构和力学性能，揭示其内在关系，探索工艺参数对性能的影响规律，研制出可实用化的全透明柔性ZnO-TFT。本项目研究将促进透明电子学的发展，为新一代柔性显示技术的应用奠定基础。

随着显示技术的发展，全透明柔性薄膜晶体管（TFT）成为目前研发的热点。ZnO是一种宽禁带半导体，具有可见光透明、可室温沉积、迁移率高等优点，是制备全透明柔性TFT的理想材料。本项目以全透明柔性ZnO TFT关键技术为核心开展研究，基于理论和实验分析，以PET为有机衬底，Al2O3为缓冲层和阻挡层，Al2O3-TiO2（ATO）非晶薄膜为绝缘层，高阻本征ZnO多晶薄膜为沟道层，透明导电Al掺杂ZnO（AZO）薄膜为源极、漏极和栅极，设计出新型器件结构。利用磁控溅射方法，优化生长工艺，室温生长出所需的上述各层薄膜，并提高其性能；采用光刻法和模板法定义器件图形，探索制备工艺，设计非晶缓冲层技术和低温热处理技术等，实现室温制程下的ZnO TFT制备，所有薄膜层均采用氧化物材料。系统研究了材料和器件的电学、光学、结构和力学性能，揭示出内在关系，阐明了工艺参数对性能的影响规律，建立了理论模型；研究了ZnO TFT在不同工作条件（光照、温度、湿度、气氛、弯曲）下的性能稳定性。研制出可实用化的全透明柔性ZnO TFT，器件性能良好，具有较高的稳定性。ZnO基薄膜关键性能指标为：高阻本征ZnO多晶薄膜迁移率可达20cm2/Vs，可见光透射率为92%；低阻AZO薄膜电阻率最低为1.2×10–4Ωcm，可见光透射率大于90%。全透明柔性ZnO TFT最优性能指标为：场效应迁移率32cm2/Vs，开/关电流比约108量级，器件可见光透射率约85%，阈值电压约15V，漏电流10–11A，器件弯曲稳定性较好。本项目还开展了InGaZnO TFT、InAlZnO TFT和ZnSiSnO TFT等方向的研究工作。本项目研究将促进透明电子学的发展，为新一代柔性显示器件提供关键材料和技术支持。