【摘 要】
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随着科学技术的不断进步,电子设备朝着智能化、小型化和便捷化的方向快速发展,器件特征尺寸不断变小,传统Si O2介质层逐渐逼近其隧穿厚度。为了维持介电层电容值大小,只能通过采用高K介质材料代替SiO2才能避免因为介电层厚度减小而引起的巨大漏电流。溶液法由于具有低成本大面积高产能等优势而被视为下一代有前景的生产技术,通过溶液法制备开发高K栅介质材料对于推动未来低成本、大面积的低功耗电子器件的发展具有重
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随着科学技术的不断进步,电子设备朝着智能化、小型化和便捷化的方向快速发展,器件特征尺寸不断变小,传统Si O2介质层逐渐逼近其隧穿厚度。为了维持介电层电容值大小,只能通过采用高K介质材料代替SiO2才能避免因为介电层厚度减小而引起的巨大漏电流。溶液法由于具有低成本大面积高产能等优势而被视为下一代有前景的生产技术,通过溶液法制备开发高K栅介质材料对于推动未来低成本、大面积的低功耗电子器件的发展具有重要意义。鉴于此,本论文用溶液旋涂工艺制备Ga2O3基高K介质层,并通过多种表征方法,系统研究了退火温度对Ga Ox栅介质薄膜和In2O3/Ga Ox TFT器件的影响,工艺优化后又进行了掺杂,研究了不同掺B量对Ga BO栅介质薄膜及In2O3/GaBO TFT器件的影响。主要内容如下:（1）借助聚合物辅助的方法实现了一步旋涂制备GaOx介电薄膜来减小多次旋涂工艺给薄膜带来的缺陷,并对其进行较大范围200-800℃的退火,以研究退火温度对Ga Ox栅介质薄膜和相应的In2O3/Ga Ox TFT器件的影响。结果表明,随着退火温度的升高,溶液沉积的Ga Ox薄膜经历了基团杂质的消除以及非晶态GaOx向结晶态GaOx的转变。其中500℃退火温度的薄膜质量和介电性能最佳,表面光滑平整,粗糙度很低,金属氧化物框架较完整,与此同时拥有较好的介电性能,其电容值为178 n F cm-2,介电常数为10.8,在1.5 MV cm-1的电场下漏电密度为5.6×10-6 A cm-2;相应的In2O3/Ga Ox TFT器件性能最佳,其工作电压为5 V,迁移率为3.09 cm2 V-1 s-1,开/关电流比为1.8×105,亚阈值摆幅值为0.18 V dec-1。但其介电性能与原子层沉积制备的Ga2O3薄膜相比仍有较大差距,相应的TFT器件性能较低而无法满足液晶平板显示的要求,这主要是因为聚合物辅助下500℃退火的Ga Ox薄膜中仍含有少量的聚合物残留。（2）在500℃退火条件的基础上,通过提高前驱体浓度来代替聚合物辅助,实现一步旋涂制备了不同掺B量的Ga BO介电薄膜,以研究掺杂B对Ga2O3栅介质薄膜和相应的In2O3/Ga2O3（Ga BO）TFT器件的影响。结果表明,掺B能够有效地抑制薄膜中氧空位的产生,并促使形成致密的薄膜,使得所制备的Ga BO薄膜具有更高的薄膜质量。其中,掺B量为10 at%的GaBO薄膜的介电性能最佳,其电容值为140.7 n F cm-2,介电常数为11.71,漏电流甚至可以与真空制备方法相媲美,在2.0 MV cm-1的电场下的漏电流密度为8.1×10-7 A cm-2;随后对In2O3有源层的退火温度进行优化,并在相应的In2O3/Ga BO TFT器件性能最佳,其工作电压下为5 V,迁移率为17.01 cm2 V-1 s-1,开/关电流比为1.3×106,亚阈值摆幅值为0.16 V dec-1,而且TFT器件偏压稳定性优异,可以满足低功耗液晶平板显示对TFT器件的性能需求。
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