溶液法制备氧化物薄膜晶体管及在逻辑器件中的应用研究
发布时间：2021-04-27 20:43
溶液法制备薄膜晶体管（TFTs）具有成本低廉工艺简单,组分比例可控,便于大批量生产等特点,特别适用于新材料的探究和最佳工艺条件的确定,在透明显示器件制备和逻辑门器件构筑中起着举足轻重的作用。近年来,薄膜晶体管的制备工艺和电学性能得到突飞猛进的发展,以铟镓锌氧（IGZO）为代表的TFTs已经实现了产业化。但是铟作为稀缺元素的使用限制了器件成本的降低和更广泛的应用,因此开发非铟TFTs有迫切的市场需求和战略意义。本文深入探究了新型金属氧化物在介电层中的应用,研究了器件的时效稳定性,光照稳定性,偏压界面稳定性。此外利用低成本的非铟有源层和介电层掺杂成功构筑了一系列薄膜晶体管,并探索了在逻辑电路中的反相器的应用。主要成果如下:1.通过溶液凝胶法制备了氧化镝薄膜作为高性能氧化铟锌薄膜晶体管的介电层,时效10天后的TFT表现出极高的电流开关比1×109,大的饱和迁移率12.6 cm2V-1s-1和可以忽略的迟滞,这是由于空气中的水分子扩散入薄膜起着电子供体的作用,其构筑的反相器在3 V的操作电压下表现出10.1...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 薄膜晶体管的发展历程
1.3 薄膜晶体管的电学参数
1.4 论文的研究思路及结构安排
第二章 实验方法及表征手段
2.1 溶液凝胶法制备TFT器件步骤
2.2 TFT器件电学测试方法
2.3 薄膜性能的表征
2.3.1 薄膜光学性能的表征
2.3.2 薄膜热重性能的表征
2.3.3 薄膜结晶性能的表征
2.3.4 薄膜化学局域态的表征
2.3.5 薄膜表面的表征方法
2.3.6 薄膜润湿性能的表征
第三章 基于氧化镝介电层构筑的高性能铟基TFT及在逻辑器件中的应用
3.1 研究背景
3.2 基于D_yO_x介电层的氧化铟薄膜晶体管研究
3.2.1 氧化铟薄膜晶体管的制备
3.2.2 基于SiO_2介电层的氧化铟薄膜晶体管的电学性能
3.2.3 退火温度对D_yO_x薄膜结构的影响
3.2.4 基于D_yO_x介电层的氧化铟薄膜晶体管的电学性能
3.3 基于D_yO_x介电层的高性能氧化铟锌薄膜晶体管研究
3.3.1 氧化铟锌薄膜晶体管的制备
3.3.2 退火温度对氧化铟锌薄膜结构和性能的影响
3.3.3 退火温度和时效时间对氧化铟锌薄膜晶体管电学性能的影响
3.3.4 高性能氧化铟锌薄膜晶体管在逻辑电路中的应用
3.3.5 偏压和辐照条件对氧化铟锌薄膜晶体管界面稳定性影响及能带分析
3.4 本章小结
第四章 基于氧化镝介电层构筑的氧化锌锡TFT及在逻辑器件中的应用
4.1 研究背景
4.2 基于SiO_2 介电层构筑氧化锌锡TFT的研究
4.2.1 氧化锌锡薄膜晶体管的制备
4.2.2 退火温度对氧化锌锡薄膜结构的影响
4.2.3 退火温度对氧化锌锡薄膜晶体管电学性能的影响
4.2.4 锌锡掺杂比例对氧化锌锡薄膜结构的影响
4.2.5 锌锡掺杂比例对氧化锌锡薄膜晶体管电学性能的影响
4.3 基于D_yO_x绝缘层的氧化锌锡薄膜晶体管结构和性能的研究
4.3.1 基于D_yO_x绝缘层的氧化锌锡薄膜晶体管的制备
4.3.2 退火温度对D_yO_x薄膜结构和性能的影响
4.3.3 退火温度和时效扩散模型对ZTO/DyO_x薄膜晶体管性能的影响
4.4 本章小结
第五章 基于氧化镱介电层构筑的氧化锌锡TFT及在逻辑器件中的应用
5.1 研究背景
5.2 基于Yb_2O_3的氧化锌锡薄膜晶体管的制备及性能的研究
5.2.1 基于Yb_2O_3的氧化锌锡薄膜晶体管的制备
5.2.2 退火温度对Yb_2O_3薄膜性能和结构的影响
5.2.3 退火温度对Yb_2O_3基TFT器件电学性能的影响及驼峰现象的能带分析
5.2.4 时效时间对Yb_2O_3基TFT器件电学性能的影响及能带分析
5.2.5 电场滞后效应对Yb_2O_3 基的TFT器件偏压稳定性的影响及能带分析
5.2.6 氧化锌锡薄膜晶体管在逻辑电路中的应用
5.3 本章小结
第六章 基于稀土元素掺杂的环境友好型锆基水溶液TFT的研究
6.1 研究背景
6.2 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜性能的研究
6.2.1 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜的制备
6.2.2 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x前驱体的润湿性能和热分解性质比较研究
6.2.3 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x薄膜透射性能和结晶性能的比较研究
6.2.4 不同Gd_2O_3掺杂量对晶体结构特点的影响
6.2.5 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x薄膜的化学局域态比较研究
6.3 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜晶体管TFT电学性能的研究
6.3.1 退火温度和溶剂对WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT器件电学性能的影响
6.3.2 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT器件偏压稳定性比较研究
6.3.3 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT在逻辑器件应用中的比较研究
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Aqueous-solution-driven HfGdOx gate dielectrics for low-voltage-operated α-InGaZnO transistors and inverter circuits[J]. Yongchun Zhang,Gang He,Wenhao Wang,Bing Yang,Chong Zhang,Yufeng Xia. Journal of Materials Science & Technology. 2020(15)
[2]MoO3/ZrO2的制备及对二甲基硅油合成反应的催化性能[J]. 李敏敏,缪建文,周跃东. 南通大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]Atomic-layer-deposited （ALD） Al2O3passivation dependent interface chemistry, band alignment and electrical properties of HfYO/Si gate stacks[J]. Shuang Liang,Gang He,Die Wang,Fen Qiao. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[4]旋涂法制备氧化锆介质层及其在薄膜晶体管中的应用[J]. 钟云肖,周尚雄,姚日晖,蔡炜,朱镇南,魏靖林,徐海涛,宁洪龙,彭俊彪. 发光学报. 2018(02)
[5]光还原Pt掺杂三维有序大孔ZrO2复合材料的光降解与光解水制氢[J]. 周黔龙,李莉,杨长龙,焦玉振,张鑫悦. 分子催化. 2017(03)
[6]微纳米尺度膜/基结构界面性能的实验研究[J]. 张辰佳,王世斌,李林安,薛秀丽,亢一澜. 实验力学. 2015(03)
[7]氧化锆-氧化钛复合粉体的制备与性能[J]. 周坤,王晓琦,宋国林,唐国翌. 中国粉体技术. 2013(04)
[8](Gd2O3)x（ZrO2）1-x（x=0.05-0.15）电解质材料的电导及其分子动力学模拟[J]. 谢笑虎,孙加林,宋文. 哈尔滨理工大学学报. 2012(01)
[9]Gd2O3掺杂ZrO2固体电解质材料的局域结构分析[J]. 谢笑虎,孙加林,宋文,林婷. 硅酸盐学报. 2011(08)
[10]立方烧绿石Gd2Zr2O7的高温高压合成[J]. 唐敬友,陈晓谋,潘社奇,牟涛,贺端威. 原子能科学技术. 2010(04)
博士论文
[1]湿法制备的晶态金属氧化物薄膜及其晶体管性质研究[D]. 黄根茂.清华大学 2016
硕士论文
[1]铪基叠层栅的构筑、界面调控及性能优化[D]. 梁爽.安徽大学 2019
[2]全水溶液法制备高性能In2O3薄膜晶体管及其在逻辑器件中的应用[D]. 朱力.安徽大学 2019
[3]氧化锌薄膜晶体管的制备及其稳定性研究[D]. 苏晶.华南理工大学 2014
[4]锌锡氧化物薄膜晶体管的制备及其性能研究[D]. 罗文彬.电子科技大学 2014
[5]p型多晶硅薄膜晶体管在动态负偏置温度应力下的退化研究[D]. 周洁.苏州大学 2011
本文编号：3164127
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 薄膜晶体管的发展历程
1.3 薄膜晶体管的电学参数
1.4 论文的研究思路及结构安排
第二章 实验方法及表征手段
2.1 溶液凝胶法制备TFT器件步骤
2.2 TFT器件电学测试方法
2.3 薄膜性能的表征
2.3.1 薄膜光学性能的表征
2.3.2 薄膜热重性能的表征
2.3.3 薄膜结晶性能的表征
2.3.4 薄膜化学局域态的表征
2.3.5 薄膜表面的表征方法
2.3.6 薄膜润湿性能的表征
第三章 基于氧化镝介电层构筑的高性能铟基TFT及在逻辑器件中的应用
3.1 研究背景
3.2 基于D_yO_x介电层的氧化铟薄膜晶体管研究
3.2.1 氧化铟薄膜晶体管的制备
3.2.2 基于SiO_2介电层的氧化铟薄膜晶体管的电学性能
3.2.3 退火温度对D_yO_x薄膜结构的影响
3.2.4 基于D_yO_x介电层的氧化铟薄膜晶体管的电学性能
3.3 基于D_yO_x介电层的高性能氧化铟锌薄膜晶体管研究
3.3.1 氧化铟锌薄膜晶体管的制备
3.3.2 退火温度对氧化铟锌薄膜结构和性能的影响
3.3.3 退火温度和时效时间对氧化铟锌薄膜晶体管电学性能的影响
3.3.4 高性能氧化铟锌薄膜晶体管在逻辑电路中的应用
3.3.5 偏压和辐照条件对氧化铟锌薄膜晶体管界面稳定性影响及能带分析
3.4 本章小结
第四章 基于氧化镝介电层构筑的氧化锌锡TFT及在逻辑器件中的应用
4.1 研究背景
4.2 基于SiO_2 介电层构筑氧化锌锡TFT的研究
4.2.1 氧化锌锡薄膜晶体管的制备
4.2.2 退火温度对氧化锌锡薄膜结构的影响
4.2.3 退火温度对氧化锌锡薄膜晶体管电学性能的影响
4.2.4 锌锡掺杂比例对氧化锌锡薄膜结构的影响
4.2.5 锌锡掺杂比例对氧化锌锡薄膜晶体管电学性能的影响
4.3 基于D_yO_x绝缘层的氧化锌锡薄膜晶体管结构和性能的研究
4.3.1 基于D_yO_x绝缘层的氧化锌锡薄膜晶体管的制备
4.3.2 退火温度对D_yO_x薄膜结构和性能的影响
4.3.3 退火温度和时效扩散模型对ZTO/DyO_x薄膜晶体管性能的影响
4.4 本章小结
第五章 基于氧化镱介电层构筑的氧化锌锡TFT及在逻辑器件中的应用
5.1 研究背景
5.2 基于Yb_2O_3的氧化锌锡薄膜晶体管的制备及性能的研究
5.2.1 基于Yb_2O_3的氧化锌锡薄膜晶体管的制备
5.2.2 退火温度对Yb_2O_3薄膜性能和结构的影响
5.2.3 退火温度对Yb_2O_3基TFT器件电学性能的影响及驼峰现象的能带分析
5.2.4 时效时间对Yb_2O_3基TFT器件电学性能的影响及能带分析
5.2.5 电场滞后效应对Yb_2O_3 基的TFT器件偏压稳定性的影响及能带分析
5.2.6 氧化锌锡薄膜晶体管在逻辑电路中的应用
5.3 本章小结
第六章 基于稀土元素掺杂的环境友好型锆基水溶液TFT的研究
6.1 研究背景
6.2 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜性能的研究
6.2.1 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜的制备
6.2.2 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x前驱体的润湿性能和热分解性质比较研究
6.2.3 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x薄膜透射性能和结晶性能的比较研究
6.2.4 不同Gd_2O_3掺杂量对晶体结构特点的影响
6.2.5 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x薄膜的化学局域态比较研究
6.3 基于稀土元素掺杂的Zr基水溶液薄膜晶体管TFT电学性能的研究
6.3.1 退火温度和溶剂对WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT器件电学性能的影响
6.3.2 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT器件偏压稳定性比较研究
6.3.3 WI-ZrO_2和WI-ZrGdO_x TFT在逻辑器件应用中的比较研究
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Aqueous-solution-driven HfGdOx gate dielectrics for low-voltage-operated α-InGaZnO transistors and inverter circuits[J]. Yongchun Zhang,Gang He,Wenhao Wang,Bing Yang,Chong Zhang,Yufeng Xia. Journal of Materials Science & Technology. 2020(15)
[2]MoO3/ZrO2的制备及对二甲基硅油合成反应的催化性能[J]. 李敏敏,缪建文,周跃东. 南通大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]Atomic-layer-deposited （ALD） Al2O3passivation dependent interface chemistry, band alignment and electrical properties of HfYO/Si gate stacks[J]. Shuang Liang,Gang He,Die Wang,Fen Qiao. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[4]旋涂法制备氧化锆介质层及其在薄膜晶体管中的应用[J]. 钟云肖,周尚雄,姚日晖,蔡炜,朱镇南,魏靖林,徐海涛,宁洪龙,彭俊彪. 发光学报. 2018(02)
[5]光还原Pt掺杂三维有序大孔ZrO2复合材料的光降解与光解水制氢[J]. 周黔龙,李莉,杨长龙,焦玉振,张鑫悦. 分子催化. 2017(03)
[6]微纳米尺度膜/基结构界面性能的实验研究[J]. 张辰佳,王世斌,李林安,薛秀丽,亢一澜. 实验力学. 2015(03)
[7]氧化锆-氧化钛复合粉体的制备与性能[J]. 周坤,王晓琦,宋国林,唐国翌. 中国粉体技术. 2013(04)
[8](Gd2O3)x（ZrO2）1-x（x=0.05-0.15）电解质材料的电导及其分子动力学模拟[J]. 谢笑虎,孙加林,宋文. 哈尔滨理工大学学报. 2012(01)
[9]Gd2O3掺杂ZrO2固体电解质材料的局域结构分析[J]. 谢笑虎,孙加林,宋文,林婷. 硅酸盐学报. 2011(08)
[10]立方烧绿石Gd2Zr2O7的高温高压合成[J]. 唐敬友,陈晓谋,潘社奇,牟涛,贺端威. 原子能科学技术. 2010(04)
博士论文
[1]湿法制备的晶态金属氧化物薄膜及其晶体管性质研究[D]. 黄根茂.清华大学 2016
硕士论文
[1]铪基叠层栅的构筑、界面调控及性能优化[D]. 梁爽.安徽大学 2019
[2]全水溶液法制备高性能In2O3薄膜晶体管及其在逻辑器件中的应用[D]. 朱力.安徽大学 2019
[3]氧化锌薄膜晶体管的制备及其稳定性研究[D]. 苏晶.华南理工大学 2014
[4]锌锡氧化物薄膜晶体管的制备及其性能研究[D]. 罗文彬.电子科技大学 2014
[5]p型多晶硅薄膜晶体管在动态负偏置温度应力下的退化研究[D]. 周洁.苏州大学 2011
本文编号：3164127
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