二氧化锡沟道铁电薄膜晶体管的制备及其性能研究

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1、学校代号10530学号200910061137分类号TN304.055密级公开硕士学位论文二氧化锡沟道铁电薄膜晶体管的制备及其性能研究学位申请人贾良华指导教师王金斌教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向电子材料与器件二〇一四年五月十九日万方数据FabricationandCharacteristicsofFerroelectricThinFilmTransistorswithSnO2ChannelsCandidateLianghuaJiaSupervisorProfe

2、ssorJinbinWangCollegeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramElectronicMaterialsandDevicesSpecializationMicroelectronicsandSolidStateElectronicsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay19,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的

3、论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

4、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要以薄膜晶体管(TFT)为开关元件的有源阵列驱动显示器是众多平板显示器中的佼佼者。透明氧化物半导体作为沟道材料在TFT中的应用越来越多的受到人们的关注，这是因为相对于非晶硅、多晶硅和有机半导体，透明氧化物具有很多优势，如高的光学透过率、低功耗，对衬底要求不高等等。越来越多的宽禁带隙的透明氧化物半导体因为满足上述的要求而被广泛的研究报道。同时，基于TFT结构

5、的铁电薄膜晶体管(FeTFT)由于其容易大面积集成、铁电薄膜与沟道层间界面特性好、非易失性等特点，引起了人们的极大研究兴趣。本文通过溶胶凝胶法(Sol-gel)在不同衬底上制备了以SnO2薄膜作为有源层，(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)铁电薄膜作为绝缘层的TFT，对比了整个器件退火前后性能的改变；并研究了通过改变SnO2薄膜的退火温度对TFT性能的影响；最后研究了通过掺杂不同浓度Sb元素的SnO2薄膜作为有源层对TFT的影响。具体内容和研究结果如下：(1)通过Sol-gel法在n-type

6、Si(100)衬底上制备了以SnO2薄膜作为有源层，BNT铁电薄膜作为绝缘层的TFT，并对TFT退火前与退火后的电学性能进行了比较。实验结果表明器件退火后TFT性能得到明显改善，漏电明显减小。由于器件的后退火处理使薄膜界面内的缺陷态得到了减少，通过退火改善了栅极与引出的导线的表面接触。SnO2薄膜内部的一些晶粒缺陷得到了改善，薄膜质量得到提高，使有源层在器件中形成理想的导电沟道，提高了器件的开态电流。晶体管呈现出N沟道增强型性能，其开态电流Ion=25μA，场效应迁移率µsat=0.32-1-1

7、cmVs。(2)研究了SnO2薄膜分别在450℃、550℃、650℃温度下退火对TFT的影响。实验结果表明适当地提高退火温度(550℃)可以减少薄膜内部中的结构缺陷，但是随着退火温度的继续增高晶粒会逐渐增大，使得载流子迁移时受到晶界的散射导致迁移率降低，空气中的杂质离子在高温下容易进入晶格，从而增加晶格的散射，导致迁移率降低，输出电流减小。(3)研究了Sb掺杂浓度为0%、5%、10%的SnO2薄膜作为有源层在n-typeSi(100)和Pt/Ti/SiO2/Si两种不同衬底上制备对TFT性能的影

8、响。实验结果表明Sb掺杂浓度为0%、5%、10%的SnO2薄膜作为有源层时，TFT都存在漏电的现象，分析原因可能是Sb掺杂后导致了SnO2薄膜出现了大量的结构缺陷。在掺杂浓度为0%时在n-typeSi(100)衬底上制备的TFT出现了明显的饱和趋势。关键词：SnO2薄膜；薄膜晶体管；铁电薄膜；溶胶凝胶I万方数据AbstractAbstractThethinfilmtransistor(TFT)asswitchingelementofactivearraydrivingdisplayswasale