热处理气氛对溶胶-凝胶法制备a-InGaZnO TFT器件的影响

助雪孝抖2013年第3期44卷热处理气氛对溶胶一凝胶法制备AINGAZNOTFT器件的影响李倩，李喜峰，张建华上海大学新型显示技术及应用集成教育部重点实验室，上海200072摘要采用溶胶一凝胶法制备了非晶铟镓锌氧化物AIGZO薄膜，通过热重一差热示差技术分析了AIGZO形成机理，并研究了热处理对AIGZO薄膜的结构和光电性能影响。并用于薄膜晶体管TFT的有源层，制备的AIGZOTFT，其具有明显的转移特性，其关态电流为10A，退火能够改善AIGZOTFT器件性能，器件的开关比提高了两个数量级。关键词溶胶一凝胶法；AIGZO薄膜；薄膜晶体管中图分类号TN3文献标识码A文章编号100197312013030442041引言作为平板显示，微电子技术的基础器件，薄膜晶体管THINFILMTRANSISTOR，TFT已经成为广大研究学者的焦点。而在薄膜晶体管中有源层的性能对器件的性能起着关键的作用，目前商业已投产并广泛应用的多为氢化非晶硅材料，多晶硅材料。但是，氢化非晶硅的迁移率较低，一般小于LCMVS，且稳定性较差【】。而低温多晶硅材料由于晶体材料中晶界的存在导致薄膜迁移率及阈值电压的均一性较差，而且生产成本较高，也存在较大的问题L2J。近年来，非晶氧化锌基半导体材料由于其独特的优点高的迁移率、好的环境稳定性以及高的透过率，成为最有前景的TFT器件的有源层材料。自从HOSONO课题组研究出具有较高器件性能的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管AIGZTFT，AIGZOTFT便受到了更广泛的研究。AIGZ薄膜用于TFT有源层的制备方法有溅射法L9J、溶胶一凝胶法U。、脉冲激光沉积等。然而，基真空设备的薄膜制备方法，生产成本高，不利于低成本、大面积的现代化生产。相对于传统的真空制备方法，溶胶一凝胶法薄膜制备不要求真空和高温环境，设备简易，工艺简单，生产成本低。因此，开展溶胶凝胶法制备TFT器件具有重要的应用意义。已有很多研究工作者研究溶胶一凝胶法制备TFT有源层的器件性能L1。但是，不同的气氛条件，对溶胶一凝胶法制备的薄膜以及薄膜应用于薄膜晶体管中的影响至今还鲜有报道。本文采用溶胶一凝胶甩胶法制备了IGZOTFT器件，并通过不同气氛的热处理条件优化TFT的器件性能。2实验21IGZO溶胶的制备采用乙二醇甲醚国药集团化学试剂有限公司作为溶剂，二水硝酸锌国药集团化学试剂有限公司作为锌源，GANO33H2OSIGMAALDRICH作为镓源，INNO。45HO为铟源国药集团化学试剂有限公司，单乙醇胺国药集团化学试剂有限公司为稳定剂。如图1所示，首先将00045MOLI的GANO。SHZO溶于60MI乙二醇甲醚中，室温搅拌，待GANO。37HO完全溶解于乙二醇甲醚形成无色透明溶液后，再加入00045MOLL的INNOS。45H。O，室温搅拌，待形成无色透明溶液后，再加入0009MOLL的二水硝酸锌，待形成无色透明溶液后，逐滴加入单乙醇胺稳定剂。水浴70C搅拌1H，室温时效24H，形成淡黄色透明IGZO溶胶。GANO33XHO无色透明溶液JINNO334SH20室温搅拌至1无色透明溶液JI_ZNOAC22H20重温搅挥至1无色透明溶液JMEA逐滴加入70“2搅拌1H图1IGZO溶胶制备流程FIG1THEPROCESSOFTHEIGZSOLPREPARATION22TFT器件制备本文采用底栅底接触结构TFT器件。如图2所示，采用CORNING公司的EAGIEXG玻璃作为衬底溅射生长厚度约为100NM铟锡氧化物IT作为栅电极，采用PECVD沉积250NM的SI。N薄膜作为绝缘层，溅射厚度为100NM的IT薄膜作为源漏电极。采用甩胶法，制备IGZO有源层，转速为2000RMIN。热板15O加热15RAIN，使最初的溶胶变为凝胶，300C空气退火15RAIN，最终分别采用空气，真空气氛10PA，将器件进行350。C退火1H。23性能测试仪器分析本文采用TGAQ6OO分析仪进行分析IGZO溶胶随温度升高而发生的化学反应。升温速度保持在基金项目国家自然科学基金资助项目61006005；上海市科学技术委员会资助项目10DZL100702收到初稿日期20120630收到修改稿日期20121020通讯作者李喜峰作者简介李倩1986，女，河北石家庄人，在读硕士，师承李喜峰副研究员，从事氧化物薄膜晶体管研究。张楠等功能性调湿材料的制备与表征445图83的输出43ES67特性曲线FIG8THEOUTPUTCHARACTERISTICSOFTHESOLUTIONPRE一8PAREDIGZOTFTANNEALEDAT350FORLHINALR图93的转移91O11特性曲线FIG9THEOUTPUTCHARACTERISTICSOFTHESOLUTIONPRER2PAREDIGZOTFTANNEALEDAT350。CFORLHINVACUUM4结论通过采用溶胶一凝胶法，制备了AIGZO薄膜，并通过旋涂的方法，将AIGZO薄膜应用在TFT器件的有源层，通过不同的气氛对薄膜及其器件进行处理并研究其变化。空气气氛退火明显提高AIGZO薄膜在320500NM波长范围内的透过率。而真空条件则降低了薄膜在此范围内的透过率。在空气气氛条件下的薄膜透过率平均可以达到8O。在不同气氛处理条件下，薄膜的表面均光滑平整，其粗糙度RMS均O6NM。真空条件下退火，使得AIGZO薄膜表面粗糙度降低。真空条件退火明显提高了AIGZOTFT器件的性能。开关比比空气退火提高两个数量级可以达到1O。参考文献1232DIMITRAKOPOULOSCD，MASCARODJORGANICTHINFILMTRANSISTORSAREVIEWOFRECENTADVANCESJIBMJRESDEV，2001，4511FORTUNATOEMC。BARQUINHAPMCPIMENTELACMBGETA1WIDEBANDGAPHIGHMOBILITYZN0THINFILMTRANSISTORSPRODUCEDATROOMTEMPERATUREEJAPPLPHYSLETT，2004，852541NOMURAK，OHTAH，TAKAGIA，ETA1ROOMTEMPERATUREFABRICATIONOFTRANSPARENTFLEXIBLETHINFIHNTRANSISTORSAMORPHOUSOXIDESEMICONDUCTORSJNATURE，2004，43248813214151617118219HOSONOHIONICAMORPHOUSOXIDESEMICONDUOTORSMATERIALDESIGN，CARRIERTRANSPORT，ANDDEVIECEAPPLICATIONJJNONCRYSTSOLIDS，2006，352851张新安，张景文，张伟风，等以ZNO为沟道层的薄膜晶体管制备研究J功能材料，2008，397L144KAMIYAT，NOMURAK，HOSONOHPRESENTSTATUSOFAMPRPHOUSINGAZNOTHINFILMTRANSISTORSJSCITECHNOLADVMATER，2O10，11044305ONGBS，LICS，LIYN，ETA1SOLUTIONPROCESSED，HIGHMOBILITYZNOTHINFILMTRANSISTORSJJAMCHEMSOC，2007，1292750LEEDH，CHANGYJ，HERMANGS，ETA1AGENERALROUTETOPRINTABLEHIGHMOBILITYTRANSPARENTAMORPHOUSOXIDESEMICONDUCTORSJADVMATER，2007，19843RHASH，JUNGJ，JUNGYS，ETA1VERTICALLYINTEGRATEDSUBMICRONAMORPHOUSIN2GA2ZNO7THINFILMTRANSISTORUSINGALOWTEMPERATUREPROCESSJAPPLPHYSLETT，2012，100203510WUCY，CHENGHC，WANGCL，ETA1RELIABILITYIMPROVEMENTOFINGAZNOTHINFILMTRANSISTORSENCAPSULATEDUNDERNITROGENAMBIENTJAPPLPHYSLETT，2012，100152108KIMYH，HANMK，HANJI，ETA1EFFECTOFMETALLICCOMPOSITIONONELECTRICALPROPERTIESOFSOLUTIONPROCESSEDINDIUMGALLIUMZINCOXIDETHINFILMTRANSISTORSJTRANSACTIONSONELECTRONDEVICES，2010，5751009KIMD，KOOCY，SONGK，ETA1COMPOSITIONALINFLUENCEONSOLGELDERIVEDAMORPHOUSOXIDESEMICONDUCTORTHINFILMTRANSISTORSJAPPLPHYSLETT，2009，95103501KIMKM，KIMCW，HEOJS，ETAICOMPETITIVEDEVICEPERFORMANCEOFLOWTEMPERATUREANDALL。SOLUTIONPROCESSEDMETALOXIDETHINFILMTRANSISTORSIJAPPLPHYSLETT，2O11，99242109SURESHA，WELLENIUSP，DHAWANA，ETA1ROOMTEMPERATUREPULSEDLASERDEPOSITEDINDIUMGALLIUMZINCOXIDECHANNELBASEDTRANSPARENTTHINFILMTRANSISTORSJAPPLPHYSLETT，2007，90123512KIMGH，SHINHS，AHNBD，ETA1FORMATIONMECHANISMOFSOLUTIONPROCESSEDNANOCRYSTA1LINEINGAZNOTHINFILMASACTIVECHANNELLAYERINTHINFILMTRANSISTORFJJELECTROCHEMSOC，2009，1561H7ZHAOYPWANGGC。LUTM，ETA1SURFACEROUGHNESSEFFECTONCAPACITANCEANDLEAKAGECURRENTOFANINSULATINGFILMJPHYSICALREVIEWB，1999，60129157WANGY，LIUSW，SUNXW，ETA1HIGHLYTRANSPARENTSOLUTIONPROCESSEDINGAZNOXIDETHINFILMSANDTHINFILMTRANSISTORSJJSOLGELSCITECHNOL，2010，55322LIUPT，CHOUYT，TENGLFCHARGEPUMPINGMETHODFORPHOTOSENSORAPPLICATIONBYUSINGAMORPHOUSINDIUMZINCOXIDETHINFILMTRANSISTORSJAPPLPHYSLETT，2009，94242101MARTINSR，BARQUINHAP，PIMENTELA，ETA1TRANSPORTINHIGHMOBILITYAMORPHOUSWIDEBANDGAPINDIUMZINCOXIDEFILMSJPHYSSTARSOLA，2005，2029R95一R97下转第450页45O4ES26E7E8助锨侯国艳，冀志江，王静，等调湿材料的国内外研究概况EJ2材料导报，2008，2287882罗曦芸，吴来明，张文清，等馆藏文物保存环境调湿材料研究进展EJ文物保护与考古科学，2009，21Z1L117CATURLAF，MOLINASABIOM，RODRIGUEZREINOSOFADSORPTION。DESORPTIONOFWATERVAPORBYNATURALANDHEATTREATEDSEPIOLITEINAMBIENTAIRJAPPLCLAYSCI，1999，1534367380GONZALEZJC，MOLINASABIOM，RODRIGUEZREINOSOFSEPIOLITEBASEDADSORBENTSASHUMIDITYCONTROLLERJAPPLCLAYSCI，2001，203111L18GAONF，KUMES，WATARIKZEOLITECARBONCOMPOSITESPREPAREDFROMINDUSTRIALWASTESIEFFECTSOFPROCESSINGPARAMETERSJMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGA，2005，399卜2216221财抖2013年第3期44卷9GOTOK，TERAOSSTRUCTURESANDHUMIDITYCONTROLLINGPERFORMANCESOFZEOLITECEMENTHARDENEDBODYJJOURNALOFTHECERAMICSOCIETYOFJAPAN，2005，11313237367421O韩彩沸石聚丙烯酸系复合调湿材料的制备与性能D天津天津大学，201011BS34826THEDETERMINATIONOFDESICCANTTHESIXTHPARTTHEDETERMINATIONOFWATERADSORBS12ODDYWAMUSEUMSJOURNALDUNITEDKINGDOMTHEBRITISHMUSEUM，1973272813沈方红，罗曦芸，张文清，等羧甲基壳聚糖基调湿材料的制备及性能J功能材料，2009，40101742174614郝光宗，邢丽缘，梁强威饱和盐水溶液湿度固定点2数据来源与盐溶液选择J传感器世界，1999。12】0】4PREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFFUNCTIONALHUMIDITYCONTROLLINGMATERIALSZHANGNAN，FANGSHUYING，XIAWEI，ZHANGYULONG，LIJIACHANG，ZHANGWENQINGSCHOOLOFCHEMISTRYANDMOLECULARENGINEERING，EASTCHINAUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，SHANGHAI200237，CHINAABSTRACTHUMIDITYCONTROLLINGMATERIALWASPREPAREDWITHMINERALSALT，POREFORMINGAGENTNH4HCOANDSODIUMCARBOXYMETHYLCELLULOSECMCASTHEMATRIXMATERIA1FACTORSINFLUENCINGPERFORMANCEOFHUMIDITVCONTROLLINGMATERIALHAVEBEENINVESTIGATEDTHESTRUCTUREANDPERFORMANCEOFTHEMATERIALSWERECHARACTERIZEDBYMEANSOFANALYTICALMETHODS，SUCHASFTIRANDSEMTHERESULTSINDICATEDTHATTHEHUMIDITYCONTROLLINGMATERIALHADGREATHYGROSCOPICITYANDMOISTURECAPACITYHYGROSCOPICCAPACITYOFTHEHUMIDITYCONTROLLINGMATERIALCOULDREACH132，55AND30UNDERDIFFERENTHUMIDITY8O，6OAND40RHRESDECTIVE1VWHENTHEMATERIALWASPREPAREDWITHCMC，LIC1ANDNHHC3INTHERATIOOF634INMASSITSALSOHADGREATMOISTURECAPACITYKEYWORDSSODIUMCARBOXYMETHYLCELLULOSE；HUMIDITYCONTROLLINGMATERIAL；PREPARATION；INORGANICSALTS；CULTURALRELICCONSERVATIONIIIIIIIIINLNLNLILIIIIIINLNLIIIIIII上接第445页EFFECTOFANNEALINGONCHARACTERISTICSOFAMORPHOUSINGAZNOTHINFILMTRANSISTORSFABRICATEDBYSOLGELTECHNICALLIQJAN，LIXIFENG，ZHANGJIANHUAKEYLABORATORYOFADVANCEDDISPLAYANDSYSTEMAPPLICATIONSOFMINISTRVOFEDUCATION，SHANGHAIUNIVERSITY，SHANGHAI200072，CHINAABSTRACTTHEAMORPHOUSINGAZNOAIGZOTHINFILMSWEREFABRICATEDBYSOLGELTECHNOLOGYTHEIGZSO1一GELWASPREPAREDBYDISSOLVINGINDIUMNITRATEHYDRATE，ZINCACETATEDEHYDRATEANDGALLIUMNITRATEWITHAMO1ARRATIOOF112INMETHANOLATROOMTEMPERATURETHECONCENTRATIONOFTHEMETA1IONSWASMAINT