基于氧化锌薄膜晶体管的紫外图像传感器像素研究

提出一种用金属氧化物半导体薄膜材料和器件实现单片集成紫外图像传感器的构想并首先对像素部分展开研究。像素单元的构想为：利用ZnO薄膜同时具有优良的光学性能和电学性能的特点，将光信号探测、转换、读取直至放大和驱动全部由ZnO系薄膜器件来完成。像素的光电转换（光探测）采用三端型器件（ZnO系薄膜晶体管）取代传统的二端型元件（光敏电阻、肖特基结或p－n结等）。这一新的探测方式使得探测灵敏度显著提高的同时，还使光电转换特性能表现出多样性，即可通过改变栅偏压获得不同区间的灵敏度特性、响应特性、动态范围特性以及噪声特性等。此外，在每一像素中形成光探测ZnO－TFT的同时，也在位形成由ZnO－TFT构成的有源电路，对来自光探测TFT的信号直接进行读取和放大。尽管像素的概念和结构是全新的，但实现的手段仍是传统的工艺技术。因此，本研究为低成本的高灵敏度和高分辨率单片集成紫外图像传感器的实现提供了一个新的途径

1、首次采用直流反应磁控溅射（DC Reactive Sputtering）镶嵌靶的方法制备了MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO TFTs，并对此展开系统研究。主要研究内容有：.研究了直流反应磁控溅射过程中的工艺参数（溅射功率，Ar/O2, 衬底温度，溅射时间）对MgxZn1-xO薄膜的电学特性，光学特性和结构特性的影响。研究了后退火对MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO TFTs特性的影响。分析了靶材的种类以及靶材中Mg的相对含量对MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO TFTs特性的影响。研究了栅偏压对MgxZn1-xO TFTs稳定性的影响，以及光照下关态泄漏电流问题。结果表明采用提出的方法可以制造高灵敏度紫外探测器。.2、首次采用陶瓷靶溅射方法制备了氧化铟镁（IMO）金属半导体薄膜，并以此为基础进行了氧化物TFT的研制和特性研究。结果表明：IMO薄膜在短波区（<300 nm）的透过率要高于ITO薄膜，且两者的ρ相当。因此，IMO薄膜也是一种有应用前景的TCO薄膜。本课题制备的IMO TFT的μ≈2 cm2/(V.s)，Ion/Ioff≈10的6次方，Vth≈-5V，S≈1 V/dec。本课题制备的IMO薄膜的Eg≈4.7 eV，要大于a-IGZO薄膜的Eg（≈4.1 eV）。因此，IMO薄膜对紫外光的光吸收截至波长更短，IM2O TFT更适合于日盲型紫外探测器的制备。.3、实验研究了陶瓷靶溅射的氧化锌镁（MZO）TFT的制备与特性。实验结果显示，在ZnO中掺入Mg确实能拓宽禁带宽度，但是MgO的掺入也会降低载流子浓度，所制得的TFT器件的开关电流，亚阈值特性都不理想。