薄膜晶體管的器件研究
通過(guò)簡(jiǎn)單封裝和熱退火,制備出穩(wěn)定富含氫的IGZO 晶體管,其晶體管電學(xué)性能、穩(wěn)定性都獲得大大提高。制備方法較簡(jiǎn)單且重復(fù)性高,即用氮化硅薄膜封裝,再通過(guò)熱擴(kuò)散將氮化硅內(nèi)氫元素?cái)U(kuò)散至InGaZnO薄膜內(nèi)。摻氫后的晶體管,其開態(tài)電流和開關(guān)比都獲得了數(shù)量級(jí)的提升(約40倍),而且閾值電壓沒有太大變化。而對(duì)應(yīng)提取出的場(chǎng)效應(yīng)遷移率則出現(xiàn)異常,大于300 cm2/(V·s),遠(yuǎn)高于未經(jīng)處理的對(duì)照樣品。然后結(jié)合二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)和X射線光電子能譜分析(XPS)表征,發(fā)現(xiàn)薄膜內(nèi)不但氫濃度提升了約一個(gè)數(shù)量級(jí),而且氧空位缺陷態(tài)也大大減少了,而自由電子濃度則相應(yīng)顯著增加。?研究還指出,該工作模式在長(zhǎng)溝道晶體管中效果尤為顯著,而在短溝道器件中則受到明顯局限。該工作揭示了氫在氧化物半導(dǎo)體中的穩(wěn)定存在方式和對(duì)導(dǎo)電性能的關(guān)鍵作用,為提升長(zhǎng)溝道晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力提供了一種新的器件工作模式,并對(duì)高遷移率薄膜晶體管的驗(yàn)證和分析提供了普適性的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)方法。
中山大學(xué)
2021-04-13