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的氧化层,接着采用射频磁控溅射法在SiO,层上生薄膜用作T盯的半导体有源层,其中磁控溅射法因
长出一层ZnO薄膜作为半导体有源层.溅射采用高
收稿日期:
2013—03—22
。
基金项目:
国家自然科学基金资助项目(61076113)
作者简介:
刘玉荣(1968・),男,博士,教授,主要从事半导体器件与物理研究.E-mail:
phlyr@scut.edu.CII
万方数据
第4l卷
纯ZnO靶材(5N),功率为70W,ZnO靶与样品的间距为65mm,Ar与0:
的流量比为1:
1,本底真空度为0.4mPa,溅射气压为0.5Pa,溅射基底温度为350℃,溅射时间分别为10、20、30、38、45rain.最后采用真空镀膜技术,在真空度为2.0mPa条件下蒸发Al形成源、漏电极,制备出具有不同有源层厚度的底栅顶
接触型结构ZnO—TFT¨
2。
.器件的沟道长度(£)和沟
道宽度(形)由蒸镀时所用掩膜版的图形决定,分别
为50和600“m.
器件的沟道长度和宽度及源、漏电极面积由
BX51
M型金相显微镜测量得到,采用Agilent
4284A
型电容分析仪测量A1/ZnO/SiO:
/Si结构的电容一电压特性,进而计算出单位面积栅介质的电容C。
。
=21.6nF/cm2.ZnO—T兀’器件的电特性利用Agilent4156C型半导体参数分析仪在室温无光照的普通空气环境下进行测试.利用x射线衍射谱(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜的结晶状况、表面形貌和晶粒大小.SiO:
栅介质层和ZnO薄膜的厚度采用
德国OceanOptics公司的Nanocalc—XR型光学薄膜测
厚仪测量,溅射时问为10、20、30、38、45min所沉积的ZnO薄膜的有源层厚度分别为20、40、65、90、1
10nm.
2结果与讨论
图1为不同有源层厚度的ZnO—T丌器件的输
出特性曲线,其中的栅电压(u。
)和漏电压(u。
)均为正偏压,说明所沉积ZnO薄膜皆为n型半导体层.从图可知,对于5种有源层厚度所制备的器件,栅极偏压均能有效控制器件的源漏电流(,。
),但器
件的饱和特性有所差别,有源层厚度为65nm的器
件的饱和区源漏电流非常平坦,即饱和特性最好,而偏离65nm的更薄或更厚的有源层所对应T丌器件
的饱和特性有所变差.
“、厂v
al
t=2011H1时万方数据
.,・,’一…一。
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——10
1.00
0.00
U¨
、/V
(e)f-110Fill3时
图1
不同有源层厚度的ZnO—T丌器件的输出特性曲线
Fig
1
Outputcharacteristic
eurves
ofZnO—TFTdeviceswitl
differentactivelaverthicknesses
第9期刘玉荣等:
有源层厚度对ZnO薄膜晶体管电学性能的影响
从图1还可以发现,在相同栅电压下,随着有源层厚度的增加,TFT样品的饱和区源漏电流先增加而后有所减小.在栅电压为40V时,有源层厚度为
65
式中:
U。
为阈值电压;
肛为薄膜晶体管饱和区载流子的有效场效应迁移率,其计算式为
2Lk2
p
nm的器件的饱和区源漏电流最大(为14.3IJ,A),txA,有源层厚度为110nm的器件的饱和区源为进一步分析有源层厚度对ZnO—TFT器件性
2—WC—ox
(2)
有源层厚度为20nm的器件的饱和区源漏电流仅为
0.14
k为,警与u。
的关系曲线在线性区的斜率.根据
图2和式(1)、(2)可以计算出不同有源层厚度时所制备ZnO—TFr器件的性能参数,如表1所示.当有源层厚度较薄时,随着厚度的增加,器件的开关电流比和载流子迁移率快速增大;
当有源层厚度为65nm时,器件的开关电流比和载流子迁移率达到最大,而
后继续增加有源层厚度,器件的开关电流比和载流子迁移率反而有所减小.
表1
Table1
漏电流降至4.0ixA.
能的影响,图2给出了不同有源层厚度的ZnO—TFr器件的转移特性曲线.从图可知,不同有源层厚度的
ZnO—TFTr器件的开关特性有所差异,有源层厚度为
nm的ZnO—TFT器件的开关电流比(,0。
/,。
盯)最大,
而有源层厚度为20nm的ZnO—TFI'器件的开关电流
比最小.
不同有源层厚度的ZnO.TFr器件的性能参数
Performance
parameters
ofZnO—TFrdeviceswith
differentactivelayerthicknesses
为揭示ZnO薄膜有源层厚度对ZnO—TFr器件
一
m0102030
4(
性能的影响机理,对相同工艺条件下沉积的不同厚度ZnO薄膜进行XRD和AFM分析.图3为不同厚度ZnO薄膜的XRD谱图.由图可看出:
随着ZnO薄膜有源层厚度的增加,(002)衍射峰逐渐增强;
当ZnO薄膜有源层厚度小于或大于65nm时,除存在(002)衍射峰外,还存在明显的(100)衍射峰,然而,当ZnO薄膜有源层厚度为65nm时,(100)衍射峰基本消失,说明此时ZnO薄膜中呈现出明显的c轴
U,。
厂v:
a)对数关系
∞5
oO01
¨
00)
oooo
一、/、
【bJ’F方根天系
仁110Illll
,=90nlllt=65nlllr=4011111,=2011111
L
图2不同有源层厚度的ZnO.TFT器件的转移特性曲线
Fig.2
Transfercharacteristic
curves
ofZnO—TFTdevices
l八
withdifferentactivelayerthicknesses
15
30
45
60
薄膜晶体管处于饱和状态时的饱和电流,。
通常可表示为
Fig.3
20/(o)
图3不同有源层厚度的ZnO薄膜的XRD谱图
XRDspectraofZnOthinfilmswithdifferentactivelayerthicknesses
‰.。
=墨‰C(%一U,h)2
(1)
华南理工大学学报(自然科学版)第41卷
择优取向生长.通常,薄膜的晶粒大小可表示为
D=器
(3)
式中,D为晶粒尺寸,A为x射线波长,B为衍射峰的半峰宽,o为衍射入射角.针对(002)衍射峰,由式(3)可计算出不同厚度ZnO薄膜的晶粒大小,如表2所示.随着ZnO薄膜有源层厚度的增加,晶粒尺寸不断增大.但当ZnO薄膜的有源层厚度薄至20nm时,由于没有明显的(002)衍射峰,因而其晶粒大小不适合用式(3)来计算.
表2不同有源层厚度的ZnO薄膜的晶粒尺寸
Table2
GrainsizesofZnOthinfilmswithdifferentactivelayerthicknesses
t
nm
DtD3638
20・——4065
2533
90110
图4为不同厚度ZnO薄膜表面的原子力显微图,可以看出:
当ZnO薄膜有源层厚度为20nm时,晶粒尺寸较小,轮廓模糊;
随着ZnO薄膜有源层厚度的增加,晶粒轮廓逐渐清晰,晶界减小,晶粒表面变得更光滑,晶粒尺寸增大,薄膜结晶性变好.这与
XRD分析结果一致.
图3和4表明,由有源层厚度为20llm的ZnO
(【1)t=90nml3j
图4
Fig.4
(eH=1
薄膜制备的ZnO—TFTr器件的载流子迁移率偏低,开关电流比偏小,这主要是由于薄膜沉积初期粒子沉积无序程度高,微观结构不稳定,结晶性差,薄膜中存在大量孔洞和缺陷,这些孑L洞聚集在晶粒边界附近¨
3I,增加了晶界势垒,从而导致载流子迁移率偏低,器件性能较差.随着ZnO薄膜有源层厚度的增
加,ZnO.TFTr器件的载流子迁移率增大,器件性能变
10nmR,j"
不同有源层厚度的ZnO薄膜表面的原子力显微图
AFMimagesofthe
suI。
faceofZn()thinfilms衍t11
differentactivelavel,thicknesses
滠漏
好,这是因为薄膜中孔洞和缺陷的数量减少,微观结构趋于稳定,结晶性变好,晶粒逐渐长大,晶界势垒降低;
当ZnO薄膜有源层厚度增至65nm时器件的性能最好.然而,当ZnO薄膜有源层厚度继续增加
至1
10
童l
-。
导电涛
道~,
介薹
i|jI
nm时,ZnO-T丌器件的载流子迁移率有所减
雾《“攀溪攀’攀。
÷
攀繁_黉。
紫一爹
n--Si?
|
小,器件性能有所下降,这可以作如下解释:
随着
ZnO薄膜有源层厚度的增加,晶粒尺寸增大,有利于
警
载流子迁移率的提高;
但由于ZnO薄膜晶体管工作于积累状态,其沟道厚度通常为几纳米,因此ZnO薄膜有源层厚度增加时,源、漏电极附近的导电路径
(见图5中高阻区厚度d)也增加¨
引,载流子电子从
图5
Fig.5
ZnO—TF‘I’器件的导IU路i圣隆I
ConductivepathofZnO-TFTdevice
源极注入后在源、漏极附近需穿过更厚的高电阻区半导体层¨
5J6J,从而引起源漏电流减小;
另外,随着
第9期
刘玉荣等:
导电路径的增加,载流子在输运过程中受到杂质和缺陷的散射作用也有所增强m3,从而导致ZnO—TFTr器件的载流子迁移率减小,器件性能有所下降.ZnO薄膜过厚引起c轴择优取向生长的减弱也是导致器件性能下降的可能原因.
3
结论
文中以高纯ZnO为靶材,采用磁控溅射沉积ZnO薄膜制备出不同有源层厚度的ZnO—TFr器件,探讨了有源层厚度对ZnO.Tn’器件性能的影响.结
果表明:
当ZnO薄膜有源层厚度在65nm附近时,器件的性能最好;
当ZnO薄膜有源层太薄时,薄膜的
沉积无序程度高,结晶性差,薄膜内部存在大量的孔洞和缺陷,从而导致器件的载流子迁移率较低,开关电流比较/b;
当ZnO薄膜有源层太厚时,源、漏电极附近的高电阻区的导电路径增加,载流子需穿过更厚的高电阻区半导体层,同时载流子在输运过程中受到杂质和缺陷的散射作用也有所增强,从而导致ZnO.T盯器件的载流子迁移率减小,器件性能下降.参考文献:
WuCC,TheissSD,GuG.IntegrationoforganicLED’s
andamorphousSi7n叩’sontoflexibleandlightweightmetalfoil
substrates[J].IEEEElectronDeviceLetters,1997,
18(12):
609—612.
[2]LimKM,LeeKE,YooJS+eta1.A3.5in.QVGA
poly—SiTFT・LCD
withintegrateddriverincludingnew
6-bit
DAC[J].Solid.StateElectronics,2005,49(7):
1107—
1111.
[3]
LinCL,ChangWY,HungCC.LTPS—TFI'pixelcircuit
to
compensateforOLEDluminancedegradationinthree—dimensionalAMOLED
display[J].IEEE
ElectronDeviceLetters,2012,33(5):
700—702.[4]
YunB,JeongMC,MoonTH,eta1.Transparentconduc—
tive
A1一dopedZnOfilmsforliquidcrystaldisplays[J].
JournalofAppliedPhysics,2006,99(12):
124505/1—4.
[5]HiraoT,FurutaM,HiramatsuT,eta1.Bottom—gatezincoxidethinfilmtransistorsforAM.LCDs『J1.IEEETran—sactions
on
ElectronDevices,2008,55(11):
3136.3142.
[6]CarciaPF,McleanRS,ReillyMH.eta1.TransparentZnOthin—filmtransistorfabricatedbyrfmagnetronsputte—
ring[J].Applied
Physics
Letters,2003,82(7):
1117.
1119
[7]
OzgurU,AtivovYL,LiuC,eta1.AcomprehensivereviewofZnOmaterialsand
devices[J],JournalofApplied
Physics,2005,98(4):
IMl301/1—103.[8]
ChenMM,ZhangQL,SuLX,eta1.ZnOfilmwithultra・
lowbackground
electron
concentrationgrownbyplasma
assistedMBEusingMgfilmasthebufferlayer[J].Mate—
rialsResearch
Bulletin,2012,47(9):
2673—2675.
[9]
LiuY,GorlaC
R,LiangS,eta1.Ultravioletdetectors
based
epitaxialZnOfilmsgrownbyMOCVD[J].Jour-
natofElectronic
Materials,2000,29(1):
69—74.
[10]
ParkJS,SonKS,KimTS,eta1.Highperformanceandstabilityofdouble・-gateHf-In・-Zn・-Othin・・filmtransistorsunder
illumination[J].IEEEElectronDeviceLetters,
2010,31(9):
960.962.
HwangYH,SeoSJ,BaeBS.Fabricationandcharacte・
rization
ofsol・-gel--derivedzincoxide
thin・・filmtransistor
[J].Journal
ofMaterials
Research,2010,25(4):
695—
700.
[12]刘玉荣,任力飞,杨任花,等.退火温度对ZnO薄膜晶体管电特性的影响[J].华南理工大学学报:
自然科学版,201l,39(9):
103—107.
Liu
Yu—long,RenLi—fei,YangRen—hua,eta1.Effectsof
annealingtemperatureon
electricalpropertiesofZnOthin・
film
transistors[J].Journal
ofSouth
ChinaUniversity
ofTechnology:
NaturalScienceEdition,201
l,39(9):
103—107.
[13]
田民波.薄膜技术与薄膜材料[M].北京:
清华大学出版社,2006:
177.213.
[14]HuangHQ,LiuFJ,SunJ,eta1.Influenceoftheactive
layerthickness
theelectrical
ofZnOthinfilmtran.
sistorsfabricatedbyradiofrequencymagnetron
sputte—
ring[J].JournalofPhysicsandChemistryofSolids,
2011,72(12):
1393—1396.
[15]
ThomassonDB,DayawansaM,ChangJH,et
a1.Thinactive
layera—Si:
Hthin—filmtransistors[J],IEEE
Elec.
tronDeviceLetters,1997,18(3):
117—119.
[16]
Lee
J,KimK,KimJH,eta1.Optimumchannelthick—
ness
in
pentaeene—basedthinfilmtransistors[J].Ap.
pliedPhysics
Letters,2003,82(23):
4169.4171.
[17]ChungKB,LongJP,SeoH,eta1.Thermalevolutionandelectrical
correlation
ofdefectstatesinHf-basedhigh—kdielectricson
n—type
Ge(100):
local
atomic
bonding
symmetry[J].Journal
of
Applied
Physics,
2009,106(7):
074102/1—4.
(下转第94页)
94
OrganizationandDiscoveryMechanismsofResourceServicesfor
CloudManufacturing
Zhang
Qian
Qi
De—yu
(ResearchInstituteofComputerSystems,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou
510006,Guangdong,China)
Abstract:
Inorder
user
effectivelyorganizethe
resource
servicesforcloudmanufacturingand
are
supportthecomplex
search,first,thekeyattributesofrespectivelyregisteredaccording
services
introducedinthispaper.Next,the
theirkeyattributes.Then,alayered
serviceorganizationmodelfor
cloudmanufacturingisproposedbasedfivequerytypes
thedistributedhashtable,andfivediscoveryalgorithmsrespectivelyfor
designedbased
theproposedmodel.Finally,thecomplexitiesoftheproposedalgorithms
can
discussed.Simulat
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- 有源 厚度 ZnO 薄膜晶体管 电学 性能 影响 论文