柔性透明非晶金属氧化物薄膜晶体管 谢磊 2013.9.4.

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1 柔性透明非晶金属氧化物薄膜晶体管 谢磊

2 研究目的 柔性TFT的优点 柔性 重量轻 成本低

3 研究目的 相比较下TAOS TFT电学性能良好，具有好的均一性和稳定 性，且可常温下制备适用于柔性衬底。 电学性能
（μ S Vth Ion/off） 均一性 稳定性 能否用于柔性显示 a-Si 差（μ<1cm2/Vs） 好 不稳定 是 P-Si 存在晶界，均一性差 稳定 工艺温度过高，无法用于柔性衬底 Organic TAOS 相比较下TAOS TFT电学性能良好，具有好的均一性和稳定 性，且可常温下制备适用于柔性衬底。

4 研究现状 柔性衬底的选择 TAOS机理及一些TAOS材料 High-k 栅介质 稳定性机理

5 柔性衬底 Tg （℃） CTE （ppm/K） 水、氧渗透性 表面粗糙度 PET ~78 ~10 差 PEN ~122 ~19 PI
~360 ~3.4 良好 Metal foils — ~17 极好 注：Tg：glass transition temperature CTE：coefficient of thermal expansion 玻璃的CTE为~3ppm/K 柔性衬底的优势在于柔韧性更好、质量更轻、更耐冲击 聚合物衬底（如PET PEN）表面粗糙、水氧渗透性好，需要对表面修饰 （如surface planarization） 柔性衬底的Tg低、CTE大，需降低工艺温度或采用其他方法来避免这一问题

6 柔性衬底 目前实现柔性显示有两种方法： 直接在塑料衬底上低温下(<200℃)制备TFT
先在carrier substrate（如PI/glass）在较高 温度下制备，再转移至塑料衬底 第一种方法由于低温的原因对工艺有限制， 如栅介质、缓冲层的形成和退火步骤，影 响器件性能 第二种方法允许较高的工艺温度，利于获 得更好的性能，且在报道中转移衬底前后 器件性能变化不大

7 TAOS材料导电机理 Si载流子传输路径是由具有很强 方向性的sp3轨道组成，a-Si原子 排列无序，键角波动影响载流子 传输，a-Si迁移率约下降为单晶 硅的~0.1% TAOS导带底由金属离子的各向同 性、球形对称的ns轨道组成，相 邻金属离子轨道交叠很大，非晶 时也具有和单晶时相近的迁移率

8 TAOS做沟道材料的要求 关态：normally off，零偏压时电流小 载流子浓度Nd控制在1014—1017cm-3
开态：电流大，迁移率高 载流子浓度Nd>Nth(Nth=3·18cm-3) 改变载流子浓度Nd Insulator—Metal Transition 以IGZO为例，Ga离子起carrier suppressor作用，通过调节Ga的含量和氧分压使零偏时Nd在1014—1017cm-3；同时，由于迁移率与Nd有关，施加电压载流子浓度达到Nth，影响载流子传输的势垒被克服，迁移率迅速增加至10cm2 /Vs

9 TAOS沟道材料 电负性：对电子的吸引能力，电负性越低，对电子吸引力越小， 对氧的吸引力越强，离子与氧之间的键合就强
IGZO材料中，Ga-O Zn-O键强于In-O，对氧吸引力大，可有效抑制 载流子浓度 电负性In=1.7 Zn=1.6 Al=1.5 Zr=1.4 Hf=1.3 Mg=1.3 因此可用电负性 低的离子代替Ga来制备新型TAOS材料，如HIZO、ZIZO

10 High-k栅介质 SiO2介电常数小，栅控能力弱，使得阈值电压高能耗大 通过减薄厚度提高栅控能力，又会导致泄漏电流增加
High-k介质由于band-gap小，也有相当高的泄漏电流 采用双层栅介质，如v-SiOx/Ta2O5

11 稳定性机理 对TFT进行电应力测试，TFT阈值电压漂移，产生不稳定性 Charge trapping at the interfacial
Charge injection to gate dielectric Trap at the channel Ambient atmosphere ,such as O2/H2O 1.改善界面特性，如进行O2等离子体处理 2.提高栅介质层质量 1.TFT进行退火处理 2.提高沟道层质量 采用对水分和氧气具有良好 阻挡作用的介质层和缓冲层

12 我的计划 采用标准工艺制备出有性能的柔性TFT 对柔性TFT的性能进行优化提高 对柔性TFT做稳定性研究，如电应力、机械应力

13 Thank you ~~ 2019/5/5