新型氧化物薄膜晶体管的研究进展

新型氧化物薄膜晶体管的研究进展报告内容1.TOEO-6会议介绍1.1TOEO-6会议内容和分类1.2与TOEO-6会议同期举办的展览会2.氧化物薄膜晶体管的研究进展2.1沟道层薄膜材料2.2栅介质层薄膜材料2.3电学稳定性3.氧化物TFT在平板显示领域的应用1.TOEO-6会议介绍TOEO-6——6thInternationalSymposiumonTransparentOxideThinFilmsforElectronicsandOpticsTOEO国际研讨会始于1999的日本东京,由日本学术振兴会(JSPS)第166届委员会倡议发起TOEO会议主要目的是提供探讨具有特殊电学和光学性能的宽禁带氧化物薄膜材料的基本问题和应用领域的国际化平台TOEO-6参加人数为200多人，大多数来自日本、韩国和中国台湾地区1.1TOEO-6会议内容和分类MaterialsITOalternativesTransparentConductingOxides(TCO)TransparentOxideSemiconductors(TOS)Optic/electronicfunctionaloxides:Synthesis,characterizationandapplicationMaterialsdesign,DevelopmentofNewMaterialsLightemittingmaterials/Photo-refractivematerialsBlueexcitation,Organic/InorganicELmaterialsMulti/CoupledfunctionalmaterialsPhotocatalysistsPhotovoltaicdevices,etc.1.1TOEO-6会议内容和分类ProcessesSputtering(pulsing,webcoater,etc)PLDCVDSol-gelInk-jet,PrintingNewdepositionmethod(plasma,wetprocesses,etc)1.1TOEO-6会议内容和分类DevicesandApplicationsThinfilmtransistor(TFT)OptoelectronicdevicesusingTCOsandTOSsFlat-paneldisplay(FPD),OLED,electronicpaper,etcSolarcells(thinfilms,compounds,quantumdot,etc)TransparentoptoelectronicdevicesFET,UV-LED,FED,Sensor,etcOthertopicsrelatedtoFPDs,photocatalysists,etc1.1TOEO-6会议内容和分类日本东京工业大学Hosono教授领衔的日本战略性创新研究促进事业(ERATO)项目“细野透明电子活性项目(1999-2004)”，致力于新型功能氧化物材料尤其是新型TCO薄膜和TOS薄膜及其器件的研究和开发，并且取得了很多成果因此，Hosono教授获得了ERATO的2004-2009第二个五年计划的立项与资助，题目为“基于透明氧化物的纳米结构的功能开发与应用开展”连续对同一人的相近课题进行资助，这在ERATO项目资助史上是少有的现象德国Fraunhofer研究机构与会学者表示，他们已经整合力量，开展TCO/TOS/器件及其应用领域，特别是太阳能电池领域的研究1.2TOEO-6会议期间的展览会Display2009——日本第5届国际平板显示展面向民用、产业、车载、数字广告等所有应用所必需的显示器件的大集结FINETECHJAPAN——第19届ファインテック•ジャパン平板显示研究开发•制造技术展第4届FPD部品•材料EXPO第1届（国际）触摸屏技术展第一届新一代照明技术展日本最大，250家公司出展时间：April15-17,2009地点：TokyoFashionTown(TFT)Building报告内容1.TOEO-6会议介绍1.1TOEO-6会议主题1.2与TOEO-6会议同期举办的展览会2.氧化物薄膜晶体管的研究进展2.1沟道层薄膜材料2.2栅介质层薄膜材料2.3电学稳定性3.氧化物TFT在平板显示领域的应用2.氧化物薄膜晶体管的研究进展沟道层薄膜In-Ga-Zn-OZnOIn-Zn-Sn-OSn–Ga–Zn–OIn-Zn-OZn-Sn-OTi-O介质层薄膜SiNx,SiOx,Al2O3,HfO2,Y2O3,Ta2O5,制备工艺，影响因素及机制ActiveLayer2.1沟道层薄膜材料—InGaO3(ZnO)5Science,300(23),1269(2003)InGaZnO/YSZ:PLDatRT,1400℃for30min.Single-crystallinemobility80cm2/VsNature,432(25),488(2004)InGaZnO/PET:PLDatRTamorphousmobility10cm2/Vs2.1沟道层薄膜材料—a-InGaZnO共价非晶半导体(如a-Si:H):CBM和VBM由sp3杂化轨道构成氧化物半导体电子输运通道(CBM)由金属S轨道的球面扩散所构成2.1沟道层薄膜材料—a-InGaZnOAPPLIEDPHYSICSLETTERS95,0135032009a-IGZO:dcsputtering;SiNx:PECVD;6.5in.flexiblefull-colortop-emissionAMOLEDonPIfield-effectmobilityof15.1cm2/Vssubthresholdslopeof0.25V/dec,thresholdvoltageVTHof0.9V.highdegreeofspatialuniformity.withstoodbendingdowntoR=3mmundertensionandcompressionwithoutanyperformancedegradation.2.1沟道层薄膜材料—a-InGaZnOAPPLIEDPHYSICSLETTERS94,0721032009a-InGaZnO4：oncellulosepaperbysputteringatRTthresholdvoltage：3.75Vsaturationmobility35cm2V−1s−1subthresholdgate-voltageswing2.4Vdecade−1on-to-offratioof104Theresultsverifythatsimplecellulosepaperisagoodgatedielectricaswellasalow-costsubstrateforflexibleelectronicdevicessuchaspaper-baseddisplays.→粗糙表面上获得高性能TFT2.1沟道层薄膜材料—ZnOAppl.Phys.Lett.,Vol.82(5),733-735,2003ATO(Al–Ti-O):ALD;ZnO:ionbeamsputteringandarapidthermalanneal(RTA)at600–800℃inO2on-to-offratioof107;Thresholdvoltages:10to20V;Mobilities:0.3to2.5cm2/Vs,OneattractiveapplicationfortransparentTFTsinvolvestheiruseasselect-transistorsineachpixelofanactive-matrixliquid-crystaldisplay.2.1沟道层薄膜材料—ZnO随着ZnO沟道层厚度从15nm增加到70nm漏电流从10−10增加到10−8A开关比从1.2×107下降到2×104ZnO薄膜的表面形貌先显著改善后劣化25nm厚ZnO薄膜具有最平整的表面形貌，并显示最佳性能：场效应迁移率5.1cm2/Vs开关比1.2×107阈值电压20V结论：ZnO薄膜表面形貌对ZnO-TFTs具有显著影响SolidStateCommunications146(2008)387–390---上海大学张志林老师2.1沟道层薄膜材料—ZnO2.1沟道层薄膜材料—ZnO:NThinSolidFilms516(2008)3305–3308---河南大学张新安老师ZnO:N激光分子束外延on/offratioof104Thethresholdvoltageis5.15VThechannelmobilityontheorderof2.66cm2V−1s−12.1沟道层薄膜材料—IZTOJ.Mater.Chem.,2009,19,3135–3137Vth=2Vmobility~30cm2V−1s−1Ron/off1062.1沟道层薄膜材料—Sn–Ga–Zn–Ophys.stat.sol.(a)205(8),1920–1924,2008a-SGZOona-SiO2/n+-Siwafersthedeviceperformancesoftheas-depositedchannelTFTswereverypoorIon10–7A；Ron/off101TheTFTsusingchannelsannealedat500°CshowedgoodperformancessuchasIon10–5A,Ron/off106andμsat~1.8cm2V–1s–1.2.1沟道层薄膜材料—IZOThinSolidFilms516(2008)5894–5898IZO(10wt.%ZnO)atRTSiOx:PECVDat280℃operateindepletionmodethresholdvoltageof−5Vmobilityof15cm2/Vson-offratioof1062.1沟道层薄膜材料—IZOIZO:dcsputteringSiO2:PPDμ=5.2cm2V-1s-1Vth=0.94VRon/off=~10402468100.04.0x10-68.0x10-61.2x10-51.6x10-52.0x10-5VD(V)VG=1VVG=3VVG=5VVG=7VVG=9VVG=11VID(A)(a)-2024681012141618201E-91E-81E-71E-61E-51E-40.0000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008I1/2D(A)ID(A)VG(V)VDS=20V,(b)1020304050607080Intensity(a.u.)2(degrees)2.1沟道层薄膜材料—TiOxIEEEELECTRONDEVICELETTERS29(12),1319-1321,2008TiOx:MOCVDat250℃;amorphousphaseJ.Appl.Phys.105,09371220092.1沟道层薄膜材料—理论研究2.2介质层薄膜材料—SiNxAppl.Phys.Lett.90,2121142007a100-nm-thickSiOxlayerdepositedbyPECVDμ=35.8cm2V-1s-1Vth=5.9VRon/off=~4.9×1062.2介质层薄膜材料—Al2O3Adv.Mater.2009,21,678–682Al2O3：1st9nm;2nd176nm2.2介质层薄膜材料—Ta2O5phys.stat.sol.(a)205(2),389–391,2008清华大学李德杰老师课题组In2O3:sputteringTa2O5:sputteringμ=12cm2V-1s-12.2介质层薄膜材料—PVPIZO:dcsputterin