柔性非晶铟镓锌氧薄膜晶体管栅绝缘层和电极材料的研究

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非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)因具有制备温度低、载流子迁移率较高等优点而非常适合于制作柔性TFT背板,进而驱动柔性显示器件。另一方面,适合实际生产的柔性a-IGZO TFT制备工艺仍有待研究和开发。本文针对柔性氧化物TFT中最关键的栅绝缘层和电极层开展研究,相关实验数据和理论分析结果对柔性TFT背板的实际生产具有重要参考意义。绝缘层材料在薄膜晶体管中扮演者着重要的角色,但是在柔性化的趋势背景下,弯曲应力对栅绝缘层产生的影响机制尚不清晰,因此我们开展了关于绝缘层的弯曲应力对a-IGZO TFT器件稳定性影响的测试分析。我们采用了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备的氧化硅与氮化硅这两种生产中最常用的绝缘层材料,分别测试了在平坦状态下与弯曲状态下TFT器件的操作特性和正负偏压稳定性。通过结果分析对比得出如下结论:在平坦状态下,相对于Si OX器件(PBS+6.5V,NBS-3.0V),Si NX器件有更好的更好的稳定性(PBS+3.5V,NBS-0.5V);在弯曲状态下,两器件都变得更稳定,但Si OX器件(PBS+2.5V,NBS-1.0V)稳定性的改变程度比Si NX(PBS+1.0V,NBS-0.5V)更大。经过分析认为这种现象与前沟道处的电荷俘获机制有关。实验结果表明,Si NX薄膜的表面粗糙度小于Si OX,因此我们推测在Si NX与IGZO之间的界面缺陷态更少,对弯曲应力的敏感性也更低。此外,因为Si NX的杨氏模量大于Si OX,所以Si NX器件在弯曲时将承受更小的机械应力。电极材料的选择也显著影响着柔性TFT器件的电学特性,其中降低柔性电极电阻率具有至关重要的意义。我们选择生产中最常用的Mo电极作为研究对象,通过引入“种子层”的方法尝试提高其导电特性。采用W和Mo W作为“种子层”,分别制备了Mo/W和Mo/Mo W双层膜结构,通过干法刻蚀得到图案所测出的方块电阻对比,证实了双层结构确实减小了方块电阻约(~30%)。在此基础上,我们分析了Mo电极电阻率降低的相关物理机制。此外,为了实际应用的需要,我们还摸索了双层电极的干法刻蚀工艺,改善了薄膜刻蚀角度,获得了满足器件制备需要的干法刻蚀工艺条件。最后,我们在PI柔性基板上制备了Mo/W电极,同样观察到了电极方块电阻减小的实验规律。
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