目前,薄膜晶体管（TFT）已经被广泛用作平板显示中的开关和驱动元件。传统的硅基TFT已经无法满足显示器件高分辨率、高响应度以及柔性化等新兴技术要求。这主要是因为硅基材料本身存在着许多缺点,例如非晶硅TFT具有低的迁移率和差的稳定性,多晶硅产生的晶界问题又会降低TFT性能的均匀性。相比于硅基材料,非晶的氧化物半导体（AOS）因具有优良的光电性能和均匀性而得到广泛研究,特别是铟镓锌氧化物（IGZO）自2004年以来一直是TFT领域的研究热点。然而随着研究的更加深入,IGZO也暴露出许多难以被解决的问题,例如其相对较窄的光学带隙（Eg～3.2eV）导致IGZO TFT在紫外光照下容易表现出不稳定的器件性能;同时,IGZO TFT在其它外界因素影响下也呈现出不够理想的电学稳定性。因此,寻找一种更适合做TFT沟道层的AOS材料显得十分有必要。通过用Al元素取代IGZO中的Ga元素来形成铟铝锌氧化物（IAZO）材料,能够明显增大材料带隙的宽度和调制范围,有助于增强半导体薄膜及相关器件的光照稳定性。同时价格较高的稀有金属元素Ga被Al替换以后,将有利于降低薄膜和器件的制造成本。此外,Al-O键拥有更高的结合能,有助于增强对薄膜内载流子浓度的调控作用,进而提高半导体薄膜及相关器件的电学稳定性。因此,IAZO是一种很有应用前景的TFT材料。针对IAZO TFT目前存在的三个主要问题:关于IAZO TFT的基本制备工艺特别是与射频磁控溅射相关的研究很少并且器件性能有待提高;IAZO TFT的整体制备温度仍然较高,不利于其在柔性电子领域的应用;Al2O3和HfO2等高κ栅介电材料在IAZO TFT中的应用研究较为匮乏,本论文开展了一系列系统和深入的研究。本论文首先研究了退火处理、衬底温度、溅射功率对射频磁控溅射法制备的IAZO薄膜和TFT性能的影响,进而优化了 IAZO TFT的基本制备工艺条件;其次通过使用紫外臭氧对IAZO薄膜处理实现了 IAZO TFT的低温制备,利用双层IAZO薄膜结构实现了 IAZO TFT的室温制备;最后探索和优化了 Al2O3和HfO2栅介电层的生长条件及后处理工艺,获得了优良的IAZO TFT器件性能。本论文的具体研究内容如下:1.IAZO薄膜和TFT基本制备工艺的探索与优化首先,本论文研究了退火处理对溅射法制备的IAZO薄膜性质以及不同电极材料对IAZO TFT性能的影响。研究结果表明退火处理能够有效调控IAZO薄膜的载流子浓度和其它电学性能。对于IAZOTFT,Au与IAZO之间形成了肖特基接触,IAZOTFT虽然表现出较高的饱和迁移率（μsat）,但是较大的扫描曲线滞回值将会严重制约该器件的进一步研究与应用。与之相比,Ti与IAZO之间形成了欧姆接触,相应IAZO TFT表现出非常理想的扫描曲线滞回值,但是器件的迁移率等性能还有待提高。其次,我们通过研究溅射衬底温度对IAZO薄膜和TFT性能的影响,发现溅射衬底温度为室温时制备的IAZO薄膜表现出相对更优的光电性能,并且IAZO TFT也具有更佳的整体电学性能。同时室温下溅射制得的IAZO TFT表现出令人满意的正偏压稳定性。最后,我们研究了溅射功率对IAZO薄膜和TFT性能的影响,发现低功率（90W）更适合制备光电性能优异的IAZO薄膜以及电学性能较高的TFT,这主要因为低功率下沉积的IAZO薄膜具有最少的缺陷。另外,在以上三部分的研究中,退火条件也是在不断优化的,IAZO薄膜和TFT的整体性能都随之获得了明显的提升。因此,通过探索和优化IAZO薄膜和TFT的相关基本制备工艺,我们证实了 IAZO确实是一种合适的有源层材料,它在可见光区域的透过率极高并且光学带隙约为4.1eV,这远大于IGZO的带隙,预示着IAZO拥有更优异的光照稳定性;同时我们制得的IAZO薄膜的最大霍尔迁移率超过70cm2/Vs,预示着潜在的优异TFT电学性能。通过该部分的研究,我们制备出了饱和迁移率μsat达到12.08cm2/Vs、开关电流比（Ion/Ioff）为7.75×107,同时具有较小的扫描曲线滞回值（-0.19V）和阈值电压VT（-1.38V）的性能优良的IAZO TFT。2.IAZO薄膜和TFT的低温及室温制备首先,我们研究了紫外臭氧处理对IAZO薄膜及TFT器件性能的影响。研究结果表明,经紫外臭氧处理后,IAZO薄膜的表面形貌变得更加光滑且平整,并且紫外臭氧处理能够有效调控IAZO薄膜的载流子浓度等电学性质。当紫外臭氧处理时间为5分钟时,IAZO薄膜可以获得最高的霍尔迁移率（29.4cm2/Vs）;同时IAZO TFT也表现出相对最优的器件性能,尤其是较高的μsat（8.76cm2/Vs）和Ion/Ioff（6.44×108）。此外,经过5分钟紫外臭氧处理的IAZO TFT也展现出良好的负偏压光照稳定性,在3000秒负偏压光照应力下的阈值电压变化量只有-0.51V。因此,紫外臭氧处理能够有效地实现IAZO TFT的低温制备。其次,我们对具有双有源层结构的IAZO TFT进行了研究。当底层（高电子浓度）/顶层（低电子浓度）IAZO薄膜厚度分别为20/10nm时,IAZO薄膜可以获得最高的霍尔迁移率（23.3cm2/Vs）;并且使用该有源层结构的IAZO TFT（栅介电层为SiO2）也呈现出相对最优的电学性能,包括较大的μsat（12.05cm2/Vs）、较高的Ion/Ioff（1.05×108）以及较小的VT（4.10V）、曲线滞回（0.22V）和亚阈值摆幅SS（0.93V/dec）数值,同时该器件也展现出相对理想的负偏压光照稳定性、正偏压光照稳定性和激光光照可靠性。在此基础上,我们将室温下溅射法制得的Ta2O5栅介电层与上述最优的双有源层结构相结合,实现了高性能IAZO TFT的室温制备,器件的μsat达到了19.56cm2/Vs、SS和VT分别低至81mV/dec和1.24V;同时该器件在正偏压光照应力和激光光照应力下的最大阈值电压变化量分别只有-0.78V和0.05V。3.ALD法高κ介电层用于制备IAZOTFT首先,本论文研究了 ALD生长温度对Al2O3薄膜和IAZO TFT性能的影响。我们通过研究发现,当ALD生长温度为150℃时,A12O3薄膜内拥有更多的金属-氧结合键、更少的内部缺陷以及与氧相关的表面吸附物;Al2O3薄膜在该温度下也展现出更加平整的表面形貌,其表面均方根粗糙度仅为0.18nm;并且该温度生长的Al2O3具有最大的相对介电常数（6.5）和最高的击穿电压（约为-25V）。就器件性能而言,A12O3生长温度为150℃时所制备的IAZO TFT表现出相对最优的电学性能,包括较高的μat（11.39cm2/Vs）和Ion/Ioff（1.25×108）以及较小的VT（0.32V）和SS（0.13V/dec）;同时该器件也展现出理想的正偏压稳定性和激光光照可靠性。其次,本论文研究了紫外臭氧处理对HfO2薄膜和IAZO TFT性能的影响。经过紫外臭氧处理,HfO2薄膜内拥有更多的金属-氧结合键、更少的内部缺陷以及与氧相关的表面吸附物;并且HfO2薄膜表面的均方根粗糙度从0.101nm优化到0.051nm。与Al2O3相比,本论文制备的HfO2拥有更高的相对介电常数（超过15）。经过比较器件性能发现,对HfO2栅介电层进行紫外臭氧处理后IAZO TFT表现出更好的输出特性和转移特性,并且整体电学性能也获得了提升,包括更高的μsat（13.64cm2/Vs）和Ion/Ioff（1.18×107）以及更小的VT（0.67V）和SS（0.11V/dec）。