薄膜晶体管（TFT）是有源显示的核心元件,其迁移率、稳定性一直是科学研究的热点,尤其是稳定性是产业界面临的难题。氧化物薄膜晶体管因高场效应迁移率、高电流开关比、对可见光不敏感等技术优点,在平板显示和传感信号等领域具有巨大的应用前景。原子层沉积工艺（Atomic Layer Deposition,ALD）由于良好的重复性,精确的厚度控制,以及较低的薄膜生长温度在新一代TFTs器件制备应用方面有巨大的应用潜力。本文采用可大面积均匀制备薄膜的原子层沉积技术构筑高迁移率、高稳定性的氧化物TFT器件,从工艺探索到稳定性机制研究,主要研究内容及创新点如下:1.ALD制备超薄介电层及其在高迁移率纯ZnO TFTs器件中的应用我们设计了一种超薄的高介电常数的ZrO₂作为介电层,充分利用ALD工艺精确控制厚度的优势,介电层的厚度仅5 nm。ALD技术制备的超薄ZrO₂展现出与较厚的介电层截然不同的性质,比如表面粗糙度仅为0.22 nm,击穿电压超过14 MV/cm,电容密度超过800 n F/cm²。基于此,我们制备了ZnO/ZrO₂晶体管,其迁移率高达36 cm²/Vs,亚阈值摆幅大约69 m V/dec.,驱动电压仅仅1V。在±1V的偏压测试下,阈值电压的漂移分别仅为0.12 V和0.08 V,弛豫几乎可以忽略不计。我们进一步将器件至于空气中暴露2个月,长时间的暴露并没有对TFT器件性能产生明显的劣化影响,表明在大气环境下器件仍然具有优秀的稳定性。2.基于ALD技术的阳离子掺杂对TFTs器件稳定性的研究ZnO材料往往含有大量的氧缺陷,这是导致TFT电学特性不稳定的主要因素之一,高的电子浓度使得它难以控制沟道电导和阈值电压。为了抑制氧缺陷以提高器件稳定性,传统的ALD掺杂制备方法是先沉积ZnO,然后穿插掺杂与氧结合能力更强的金属阳离子（如Ti O₂,Hf O₂,ZrO₂等）,但是这种方法虽能提高稳定性,但会大幅度降低TFTs场效应迁移率。我们对Zr掺杂ZnO进行工艺创新,基于ALD技术开发了一种新的生长Zr-Zn-O半导体的方法:使用Zr-Zn-O层代替传统的ZrO2掺杂进入ZnO层,相比传统的ZrO₂层的掺杂方式,在不显著影响器件性能的前提下,可显著提升器件稳定性。新型的Zr-Zn-O掺杂方式会形成Zr-O和Zn-O的自由竞争生长,从而增加有利于自由载流子的传输通道,减小迁移率的损失。3.基于ALD技术的阴离子掺杂对TFTs器件稳定性的研究在此工作中以NH₃为N源,在150℃的低温下使用ALD工艺成功对ZnO实现N的阴性掺杂并制备高性能氧化锌TFT器件。这是首次公开报道基于ALD工艺采用NH₃实现了N离子掺杂ZnO TFTs,结果表明在N与ZnO的比例为1:19（ZnON 1:19）时,器件界面缺陷最少,从25℃到105℃下转移曲线的阈值电压漂移仅为0.71 V,且开关比高于10⁷。本文利用ALD技术,对薄膜晶体管的介电层和有源层进行了系统的研究和改进,为未来低功耗、低成本、高稳定性的可穿戴半导体器件制备提供了参考思路。