由于跟非晶硅面板制程兼容，非晶氧化物InGaZnO(IGZO)自從在實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)后，很快進(jìn)入了顯示驅(qū)動(dòng)工業(yè)應(yīng)用，如AMLCD、AMOLED、LTPO 面板驅(qū)動(dòng)。以IGZO 為代表的非晶氧化物薄膜晶體管(TFT)在較高的遷移率 (10 cm2/Vs 左右)、低溫大面積制程(可至G8面板以上)、低的關(guān)態(tài)電流(約比低溫多晶硅TFT低1000倍)等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
然而，伴隨著顯示技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有顯示驅(qū)動(dòng)無(wú)法匹配新型高品質(zhì)顯示的迫切需求。具體而言，伴隨著顯示面板大面積化(>75 Inch)、超高清化(8K)和高幀頻(240 Hz)的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)Micro-LED等高性能顯示的涌現(xiàn)，客觀上要求TFT器件在保持較低關(guān)態(tài)電流這一優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，器件場(chǎng)效應(yīng)遷移率要大于40 cm2/Vs，并兼具較好的性能穩(wěn)定性。
鑒于此，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能薄膜與智構(gòu)器件團(tuán)隊(duì)的梁凌燕、曹鴻濤研究員基于InSnZnO(ITZO)半導(dǎo)體材料，圍繞靶材-薄膜-工藝-器件研究鏈條開(kāi)展科研攻關(guān)，闡明了靶材質(zhì)量、源漏電極工藝、稀土摻雜及金屬誘導(dǎo)工藝等對(duì)ITZO-TFT性能的影響規(guī)律，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)高遷、高穩(wěn)的TFT器件打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。系列工作發(fā)表在IEEE EDL. 42, 529-532(2021)、Appl. Phys. Lett. 119, 212102 (2021)、IEEE TED. 69, 152-155 (2022)、ACS Appl. Electron. Mater. 2023, 10.1021/acsaelm.2c01673。
近期，該團(tuán)隊(duì)攜手中山大學(xué)的劉川教授和相關(guān)企業(yè)提出了高電子遷移率輸運(yùn)層和光電子弛豫層的疊層設(shè)計(jì)，將遷移率和穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)/矛盾關(guān)系進(jìn)行了解耦，器件遷移率和穩(wěn)定性(特別是光照和偏壓穩(wěn)定性)分別與輸運(yùn)層和弛豫層各自的物性及厚度相關(guān)聯(lián)，由此實(shí)現(xiàn)了高遷移率(>40 cm2V-1s-1，歸一化飽和輸出電流225 μA)和高穩(wěn)定性(NBIS/PBTS △Vth = -1.64/0.76 V)，器件性能水平極具競(jìng)爭(zhēng)力，解決了目前氧化物TFTs普遍存在的輸運(yùn)和穩(wěn)定性難以兼顧的難題。
根據(jù)氧化物半導(dǎo)體輸運(yùn)的滲流理論以及經(jīng)典的載流子擴(kuò)散機(jī)制對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬，理論預(yù)測(cè)跟實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的有效性和可行性。此外，器件的輸運(yùn)層和弛豫層厚度均超過(guò)20 nm，容易實(shí)現(xiàn)大面積均勻性，具有很好的工業(yè)導(dǎo)入前景。研究結(jié)果發(fā)表在Adv. Sci. 2023, 2300373. 10.1002/advs.202300373。
上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFB3600701)、國(guó)家自然科學(xué)基金(62274167)、中科院重點(diǎn)部署(ZDRW-XX-2022-2)等項(xiàng)目的支持。
TFT應(yīng)用中的木桶效應(yīng)以及電子輸運(yùn)/光電子弛豫疊層設(shè)計(jì)解決策略與成效
