InSnZnO薄膜的磁控溅射法制备及其在垂直型薄膜晶体管上的应用

Driven by the demand of next generation high-quality active matrix displays, the performance requirements of TFT devices for display backplanes is increasing. In order to improve the speed and driving capability of TFTs, we propose to adopt high-mobility InSnZnO thin film and vertical device structure to realize a high-performance nanoscale short channel InSnZnO TFT, to overcome the current resolution limit of photolithography tools in flat panel display industry..Firstly, In IZO-based thin films, a key issue is to realize high mobility and suppress the carrier concentration at the same time. Through the in-depth study on the electron state and role of Sn ion in InSnZnO thin film, a theoretical model for the impact of multivalent metal cation on IZO-based thin film will be established. This study will contribute to the theoretical basis of magnetron sputtering deposition of high-quality InSnZnO thin film with high mobility and low carrier concentration, and research on new IZO-based thin film. Secondly, the structure and layout of vertical TFT devices will be designed. In-depth study of the impact of active layer thickness, the gate dielectric layer, source and drain contacts, the passivation layer and annealing treatment on InSnZnO TFT performance will then be carried out. The key factor affecting the electrical performance and long-term stability of the devices will be clarified. The design methodology and fabrication theory for vertical TFTs will be developed. This research will promote the application of vertical InSnZnO TFTs on active matrix displays.

下一代高品质有源显示对TFT器件性能的要求越来越高。针对如何提升TFT器件的速度与驱动能力，本项目拟采用高迁移率InSnZnO薄膜，在平板显示行业现有的光刻设备精度下，研制高性能短沟道垂直型InSnZnO TFT。.首先，在IZO基薄膜中，满足高迁移率的同时又能有效地抑制载流子浓度是亟待解决的难题，通过探索Sn离子在InSnZnO薄膜中存在形态及其作用，提炼出多价态金属阳离子影响IZO基薄膜的理论模型，为高迁移率、低载流子浓度InSnZnO薄膜的沉积及其他新型IZO基材料的探索提供理论依据。随后，通过对垂直型InSnZnO TFT器件进行结构、版图设计，研究有源层厚度、栅介质层、源漏接触、钝化层及后退火处理等条件对其器件性能的影响，明确影响器件电性能及稳定性的关键因素，形成垂直型TFT器件的设计方法及工艺理论。本研究将促进垂直型InSnZnO TFT在有源显示背板技术上的应用。

下一代高品质有源显示对TFT器件性能的要求越来越高，高迁移率、低关态电流且电学性能稳定的金属氧化物TFT器件一直难以得到有效实现。本项目采用具备复合晶型的高迁移率InSnZnO薄膜作为器件的有源层材料，在平板显示行业现有的光刻设备精度下，研究并实现纳米尺度的短沟道垂直型InSnZnO TFT器件。完成的主要研究内容包括以下两大部分：. (1). 基于双靶材磁控溅射法，通过对复合晶型的InSnZnO薄膜进行微观与宏观的表征，结合磁控溅射的沉积条件以及后退火处理工艺，进行实验数据分析与研究，探索出它们之间的关系及其相互影响机理，已基本掌握高质量复合晶型InSnZnO薄膜的可控沉积，并明确Sn元素在InSnZnO薄膜中的存在形态及其影响机理，为InSnZnO薄膜的可控沉积及其他新型IZO基薄膜材料的探索提供理论指导。也同时为高性能金属氧化物TFT器件的研究与实现提供了高质量的有源层薄膜材料。. (2). 进一步，对垂直型InSnZnO TFT 进行结构设计及版图布局，利用源漏之间的隔离层SiO2的厚度决定沟道长度，实现了300 nm的沟道长度，而不需要采用精密光刻设备的纳米级别短沟道TFT器件。通过探索源漏交叠长度、有源层厚度、栅介质材料、源漏电极等影响器件性能的关键因素，实现了低关态电流的垂直型TFT器件，在上述研究工作的基础上，总结并提炼出垂直型InSnZnO TFT器件的设计原则及其工艺指导理论，为制备高性能垂直型金属氧化物TFT器件提供设计理论基础与经验借鉴。. 本项目的研究成果可推动金属氧化物TFT器件的发展及其在新型有源AMOLED显示上的应用。现共发表SCI期刊论文15篇，其中有9篇论文发表在电子器件国际顶尖期刊IEEE Electron Device Letters与IEEE Transaction on Electron Devices上。在专利成果方面，已申请PCT专利2项，国内发明专利6项，其中授权国内发明专利1项。先后参加国内外学术交流会议10人次，其中包括特邀报告2次。