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薄膜晶体管(Thin Film Transistors,TFTs)作为开关驱动器件,在新一代有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)显示领域中具有重要的应用价值。根据沟道层材料性质的不同,TFTs器件主要分为非晶硅(Amorphous Silicon,a-Si)基TFT和非晶氧化物半导体(Amorphous Oxide Semiconductor,AOS)基TFT。a-Si基TFT具有工艺温度低、应力小、大面积均匀性好、生产成本低等优点,同时也是工艺最为成熟且商业化应用最为广泛的TFT。但是,a-Si基TFT场效应迁移率较低(<1 cm2/V.s),难以满足AMOLED对TFT驱动的要求。近年来,以非晶氧化铟锌(Amorphous Indium Zinc Oxide,a-IZO)和非晶氧化铟镓锌(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide,a-IGZO)为代表的AOS基TFTs,由于具有迁移率高、可见光范围透过率高、制备温度低、均匀性好等优点,有望替代传统a-Si基TFT,成为新一代显示器件的核心元件。本论文工作紧密围绕非晶硅锗(Amorphous Silicon Germanium,a-SiGe)薄膜和a-IZO薄膜的性能优化及其TFT器件应用而展开,取得的主要成果可概括为以下几个方面:1.通过化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)制备氢化非晶硅锗(a-Si1-xGex:H)薄膜,利用多种材料表征手段研究了成膜工艺过程中氩气(Ar)稀释对薄膜纳米晶化、微结构及光电性能的影响。研究发现,Ar稀释对a-Si1-x Gex:H薄膜非晶网络结构中纳米晶粒的形成起着重要的作用,当Ar稀释比超过4时,在薄膜中能明显观察到纳米晶粒的形成,随着Ar稀释比的增加,薄膜纳米晶化率逐渐提高,薄膜的暗电导和光学带隙相应减小。在纳米晶化的基础上,研究了硼(B)掺杂对薄膜电导率和1/f噪声性能的影响,综合评价了a-Si1-xGex:H薄膜在非制冷红外焦平面器件和薄膜晶体管器件中应用的可行性。2.研究了微波退火对a-IZO TFT器件迁移率和阈值电压的影响,并与温度为200°C、时间为1 h的常规热退火进行对比。研究发现,微波退火和常规热退火都能明显提高a-IZO TFT器件的饱和迁移率,从沉积态12.3 cm2/V.s提高到退火态~19 cm2/V.s;但是,微波退火后a-IZO TFT器件阈值电压只有很小的负向漂移,从沉积态0.23 V漂移到–2.86 V,远远小于常规热退火后器件的阈值电压–9 V。基于此,提出了一种氧空位调控机制用于解释a-IZO薄膜在微波作用下的电学变化。这种低温快速微波退火技术可使a-IZO TFT在新型透明和柔性显示领域,具有巨大的应用前景。3.通过在a-IZO TFT器件沟道层IZO与源、漏电极IZO同质结界面处引入银纳米颗粒(Ag NPs),可极大减小IZO/IZO界面的比接触电阻率ρC。采用线性传输线模型(Transmission Line Model,TLM)测试和计算发现,具有Ag NPs电极结构的a-IZO TFT源、漏电极与沟道层之间的比接触电阻率,在VG=0时仅为4.4×10-2?.cm2,相比导电IZO电极(36?.cm2)和普通Ag电极(68?.cm2)结构a-IZO TFT,减小了将近3个数量级。小的接触电阻导致了带有Ag NPs电极结构的a-IZO TFT器件具有优异的电学性能,器件的饱和迁移率达到27 cm2/V.s、开关电流比大于>107。可以将Ag NPs对接触电阻值的减小,归结于其对接触界面处电场分布的调控与重构。4.借助高分辨透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HRTEM),研究了a-IZO/Ti/a-IZO和a-IZO/Al/a-IZO两种三明治薄膜结构Ti和Al原位氧化层厚度与退火时间、退火温度的关系,发现氧化层厚度随退火温度和退火时间的增加而增加。制备了顶栅原位氧化结构的IZO TFT器件,其中沟道层IZO与介质层HfO2之间沉积有3 nm的薄层Al,通过300 oC热退火使Al薄层原位氧化为Al2O3。研究表明:8小时退火后大面积(LG=50μm)原位氧化结构TFT器件饱和迁移率高达115 cm2/V.s、开关电流比>107、阈值电压绝对值<0.5 V、亚阈值电压摆幅为0.14 V/decade;对于小面积(LG=5μm)原位氧化结构TFT器件而言,虽然阈值电压、亚阈值摆幅和电流开关比与大面积器件类似,但是器件的饱和迁移率却更小。HRTEM观察和C-VG测试结果证明了TFT器件在退火后Al完全原位氧化生成了Al2O3,一方面可以保护IZO薄膜,另一方面也可以和HfO2组成共栅绝缘层,确保器件正常工作。