PDF《退火对氧化铟镓薄膜晶体管电学特性的影响》

1 实验 在构建 TFT 器件时? 首先在玻璃衬底上溅射一层

300 nm 的铝(Al)膜? 通过光刻工艺图形化之后 厦门理工学院学报

2019 年 作为 TFT 的栅极? 随后采用阳极氧化法在栅极表面形成一层

200 nm 的氧化铝(Al2 O3 )薄膜作为栅绝 缘层[13] ? 然后在基板上沉积一层厚度为

40 nm 的InGaO 薄膜? 并通过光刻法图形化? 作为 TFT 的有 源层? InGaO 薄膜采用氧化铟(In2 O3 )和氧化镓(Ga2 O3 )靶通过共溅射法合成? 两个靶材的溅射功率均 设置为

500 W? 所得薄膜的铟镓摩尔比为 1∶0? 4? 溅射气压为 0?

5 Pa? 溅射过程的氩气/ 氧气流量比为

60 ∶6? 有源层制作完成后再在基板上沉积一层厚度为

200 nm 的氧化铟锡(ITO)薄膜? 通过 lift~off 的 方法图形化作为 TFT 的源漏极? 最后将器件在快速退火炉中进行

30 min 不同温度的退火处理? 退火 过程中往炉腔中分别通入氧气、 空气和氮气? 另外在玻璃衬底上制备厚度为

100 nm 的InGaO 薄膜? 采用霍尔效应测试分析 InGaO 薄膜的载流子浓度和迁移率? TFT 器件结构如图

1 所示? 图1TFT 器件结构示意图 Fig?

1 Schematic presentation of the device structure of TFT

2 结果与讨论 2?

1 退火条件对器件电学特性的影响 空气、 氮气和氧气气氛中不同温度退火后 TFT 器件的转移特性曲线如图

2 所示? 注: 图中实线对应左纵坐标? 虚线对应右纵坐标 图2不同气氛中不同温度退火后 TFT 器件的转移特性曲线 Fig?

2 Transfer curves of TFT devices after annealed at different temperatures in different atmospheres ?

2 4 ? 第1期赵铭杰? 等: 退火对氧化铟镓薄膜晶体管电学特性的影响 器件的沟道宽度(W)和长度(L)分别为

100 μm 和10 μm? 测试时源极和漏极之间的电压 VDS 设置 为5?

1 V? 栅极和源极之间的电压 VGS 从-10 V 扫到

10 V? 再从

10 V 扫到-10 V(图2中仅示出正向扫 描得到的曲线)? 根据式(1)的电流平方定律提取器件的饱和区场效应迁移率 IDS 1/

2 = Wμsat CG 2L (VGS - Vth )? (1) 式(1)中: IDS 为源极和漏极之间的电流? VGS 为栅极和源极之间的电压? W/ L 为TFT 器件的宽长比? CG 为栅绝缘层的电容? μsat 为饱和区(VDS ?VGS -Vth )场效应迁移率? Vth 为TFT 的阈值电压? 从图

2 可以 看出? 未经退火的器件性能较差? 具有较小的开启电流 Ion 、 较大的关态电流 Ioff 以及较差的亚阈值特性? 为了方便定量比较分析 TFT 特性的变化? 从TFT 转移特性曲线中提取出特性参数 μsat 、 S、 Vth 和Von ? 线性拟合 IDS 1/

2 ~VGS 曲线? 其斜率正比于 μsat ? 结合电流平方定律计算得到 μsat ? Vth 为IDS 1/

2 ~VGS 曲 线线性部分外延至与 VGS 轴的交点? 开启电压 Von 定义为 IDS 开始上升时对应的 VGS 值? 迟滞电压 ΔVon 定 义为 VGS 从-10 V 扫到

10 V 以及反向从

10 V 扫到-10 V 时Von 的差值? 亚阈值摆幅 S 由下式定义 S = min[ dVGS d(lgIDS ) ]? (2) 得到不同气氛中退火的 TFT 器件各特征参数 μsat 、S、Vth 和ΔVon 随退火温度的变化曲线?如图

3 所示? 图3不同气氛中退火的 TFT 器件电学性能随退火温度的变化 Fig?

3 Variation of electrical performance for TFTs annealed in different atmospheres with annealing temperature 从图

3 可以看出?未经退火处理器件的 μsat 仅为 1?

0 cm2 ?(V?s)-1 ? S 为0?

58 V?dec-1 ? Vth 为0?

8 V? ΔVon 为7?

2 V? 器件迟滞现象明显? 经过退火处理的器件电学特性得到了明显的改善? 表现为 ?