薄膜晶体管技术-刘玉荣
有源层厚度对ZnO薄膜晶体管电学性能的影响
第４ １ 卷 第 ９期
２ ０ １ ３年 ９月
Ｊ ｏｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓｏ ｕ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ４１ ＮＯ． ９
在 源、 漏 电极 附近 高 电 阻区的 导 电路 径 增加 ．
关 键词 ：薄膜 晶体 管 ；氧化 锌 ；有 源层 厚度 ；电学性 能
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ３ ２ １ ． ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ５ ６ ５ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ ． ０ ０ ４
（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｓ ｅ ｐｔ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ｏ ０ ０ － ５ ６ ５ ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ０ ２ ３ — ０ ５
有源层 厚度对 Ｚ ｎ Ｏ薄 膜 晶体 管 电学 性 能 的影 响 水
的 隔离 工艺 来 防止 发 光 像 素 对 Ｔ Ｆ Ｔ性 能 产 生 的 不 良影 响 ， 从 而使工 艺 的 复杂 度 增 加 ， 成本上升， 显 示
器 的 开 口率 降低 １ － ３ ］ ． Ｚ ｎ Ｏ是 一 种 透 明氧 化 物 半 导
１ 买验
以 电阻率 为 ０ ． ６～１ ． ２ Ｑ・ ｃ ｍ、 晶 向为 （ １ ０ ０） 的
太薄时， Ｚ ｎ Ｏ薄膜 的结晶性差， 薄膜 内部存在 大量孔洞和缺 陷， 从 而导致 Ｚ ｎ Ｏ － Ｔ Ｆ ｒ器件的 载流子迁移率较低 ， 开关电流 比较小； 有 源层太厚（ 大于 ６ ５ ｎ ｍ） 时， Ｚ ｎ Ｏ — Ｔ 的载流子迁
氧化锌薄膜晶体管电性能的温度特性
氧化锌薄膜晶体管电性能的温度特性王聪;刘玉荣【摘要】ZnO-based Thin Film Transistors (ZnO-TFTs) were fabricated by Radio Frequency (RF) magnetron sputtering successfully, and the temperature dependence and influence mechanism of the electrical characteristics of ZnO-TFTs are investigated. With the increase of the test temperature in the temperature range from 27℃to 210℃, the on/off current ratio and the threshold voltage of the ZnO-TFT decrease significantly, and the subthreshold swing increases obviously, and the carrier mobility increases firstly and then decreases gradually. The change of electrical properties is mainly due to the combination effect of the increase of carrier concentration, the generation of point defects, and the enhancement of interface scattering in the channel active layer caused by the temperature increase. In addition, when the device is instantaneously cooled to the initial temperature, there is a hysteresis in the electrical characteristics. The main reason is that the recombination process need take a long time to reach the initial state for the generated point defects and interstitial oxygen atoms in the active layer caused by high temperature on the heating stage.%采用射频磁控溅射法成功制备了ZnO薄膜晶体管(ZnO-TFT)，研究了ZnO-TFT电学性能的温度依赖性及其影响机理。
聚合物薄膜场效应晶体管研究进展
ｖ ｒ ｔ ｆ ｐ ｌ ａ ｉ ｓ ｓ ｃ ｓ ｌ ｃ ｒ ｎ ｃ ａ ｅ ， ｓ ａ ｔ ｉ ｅ ｔ ｉａ ｉ ｎ ａ ｄ ． １ ｒ ｅ ａ ｅ ａ ｉ ｙ ｏ ａ ｐ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏｎ ， ｕ ｈ ａ ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｐ ｐ ｒ ｍ ｒ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔ ｃ ｒ ｓ ａ ｇ — ｒ ａ ｆ ｏ
ｆ ｌ—ｅ ｆ ｃ ｒ ｎ ｉｔ ｒ （ Ｆ Ｔ ）ｈ ｖ ｘ ｅ ｓｖ ｌ ｂ ｅ ｔｅ ｄ ｄ ａ ｈ ｉ ｂ ｔｅ ｃ ａ ｉａ ｉ ｄ ｆｅ ｔｔ ｓｓ ｏ ｓ Ｐ Ｅ ｓ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｉｅｙ ｅ ｎ ａｔ ｎ ｅ ｓｔ ｅｒ ｅｔ ｒｍｅ ｈ ｎｃ Ｉ ｅ ａ
（ ． Ｓ ｈ ｏ ｆＰｈ ｓｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ １ ｃ ｏ ｌ ｙ ｉｓ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ；２ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＰｏｙ ｒＯｐ ｏ ｌｃ ｒ ｎｃ Ｍａ ｅ ｉ ｌ ｏ ． ｔｕ ｅ ｏ ｌｍｅ ｔ ｅｅ ｔｏ ｉ ｔ ｒ ｓ ｎ ｔ ａ
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聚合 物薄膜 场 效应 晶体 管研 究进展 ＊
刘玉荣 坦。 李渊 文 ’ 刘 汉 华 ’ 。
（． １华南 理 工大 学 物理科 学 与技 术学 院：
室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管
室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管刘玉荣;黄荷;刘杰【摘要】为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO TFT)的工作电压,提高迁移率,采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上室温下依次沉积NbLaO栅介质层和ZnO半导体有源层,制备出ZnO TFT,对器件的电特性进行了表征.该ZnO TFT呈现出优异的器件性能:当栅电压为5 V、漏源电压为10 V时,器件的饱和漏电流高达2.2 mA;有效场效应饱和迁移率高达107 cm2/(V?s),是目前所报道的室温下溅射法制备ZnO TFT的最高值,亚阈值摆幅为0.28 V/decade,开关电流比大于107.利用原子力显微镜(AFM)对NbLaO和ZnO薄膜的表面形貌进行了分析,分析了器件的低频噪声特性,对器件呈现高迁移率、低亚阈值摆幅以及迟滞现象的机理进行了讨论.%In order to reduce the operating voltage and increase the carrier mobility in zinc oxide thin-film transistor ( ZnO TFT) , ZnO TFTs with high-k NbLaO as gate dielectric layer were fabrica-ted on indium tin oxide/glass substrate by radio-frequency magnetron sputtering at room tempera-ture, and the electrical properties of the device were characterized. The fabricated ZnO TFTs exhibit excellent device performances. The saturation drain current can reach to 2. 2 mA at gate voltage of 5 V and drain voltage of 10 V. The saturation mobility increases drastically up to 107 cm2/( V?s) , which is one of the highest field-effect mobility values achieved in ZnO-based TFTs by room-temper-ature sputtering. The subthreshold swing and on-off current ratio are 0. 28 V/decade and higher than 107 , respectively. The relative mechanisms of high mobility, small subthreshold voltage swing and hysteresis phenomenon are discussed by analyzing the atomforce microscope images of the NbLaO dielectric and ZnO active-layer film, and the low frequency noise behavior of the device.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2017(038)007【总页数】6页(P917-922)【关键词】薄膜晶体管;氧化锌;磁控溅射;高迁移率【作者】刘玉荣;黄荷;刘杰【作者单位】华南理工大学电子与信息学院, 广东广州 510640;华南理工大学广东省短距离无线探测与通信重点实验室, 广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院, 广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院, 广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TN321+.5;O472+.4目前，用于有源驱动平板显示器的薄膜晶体管(TFT)的半导体材料普遍为多晶硅和氢化非晶硅[1-2]。
一种新型薄膜晶体管[实用新型专利]
![一种新型薄膜晶体管[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d89f93aabe1e650e53ea998d.png)
专利名称：一种新型薄膜晶体管专利类型：实用新型专利
发明人：葛泳,刘玉成,朱涛,袁波申请号：CN201420744668.2申请日：20141201
公开号：CN204204862U
公开日：
20150311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种新型薄膜晶体管，包括衬底，在所述衬底上方设置的半导体层、栅极绝缘层、源/漏电极层和栅极层，所述源/漏电极层中的源极和漏极分别与所述半导体层电接触连接，所述栅极层包括栅极走线层和分别与所述栅极走线层电接触连接的第一栅极和第二栅极，所述第一栅极和所述第二栅极设置在所述栅极绝缘层上，所述第一栅极和所述第二栅极之间通过第三栅极电连接，所述第三栅极(4)设置在所述栅极绝缘层上方且在所述衬底(11)上的投影与所述半导体层(8)的投影全部或部分重叠，其具有较低的关态电流和较高的开态电流。
申请人：昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司,昆山国显光电有限公司
地址：215300 江苏省苏州市昆山市开发区光电产业园富春江路320号
国籍：CN
代理机构：北京三聚阳光知识产权代理有限公司
代理人：彭秀丽
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（3）1962年，第一个 MOSFET实验室实现.
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1970s始，由于LCD平板显示技术的应 用需求，推动TFT技术的快速发展！ （4）1973年实现第一个CdSe TFT-LCD显示屏. ----TFT的迁移率20 cm2/vs,Ioff=100 nA.但不稳定。 （5）1975年，实现基于非晶硅-TFT-LCD. ----迁移率＜1 cm2/vs,但空气（H2O,O2)中相对稳定. （6）80年代,基于CdSe,非晶硅TFT性能改进的同时，实 现了多晶硅TFT，电子迁移率从50提升至400. ---由于多晶硅TFT工艺复杂，成本高。而a-Si TFT因低 温、低成本，成为LCD有源驱动的主流技术.
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图8 JFET的结构图
TFT与MOSFET的发明同步，然而TFT 发展速度及应用远不及MOSFET?! （2） 1962年第一次在实验室研制出TFT器件 器件参数：跨导gm=25 mA/V,载流子迁移率150 cm2/vs, 最大振荡频率为20 MHz.
图9 第一个TFT的结构和电特性
5、器件图形加工技术-----光刻、打印
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硅基、氧化物TFT制备工艺流程 硅片氧化 光刻栅电极 栅氧化
非晶硅（多晶硅、ZnO 等）生长及金属化
光刻形成源漏接触
Intrinsic a-Si (p-Si) S/D contacts
刻蚀背面氧化层
简单的底栅顶结构TFT的制备流程
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主频为10 GHz
2011年6月IBM研制的首款石墨烯集成电路
驱动芯片 高迁移率的TFT可用于制作平板显示屏的外围信号处理和驱动芯片
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敏感元件（如： 气敏、光敏、PH值测定）
N2O气体环境
N2O Gas Sensors原理图
Phototransistor结构图 溶液PH值测定原理图
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顶栅底接触
底栅顶接触
顶栅顶接触 双栅结构
底栅底接触
图3 TFT的主要器件结构示意图
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TFT的工作原理
关态
图4 TFT的工作原理示意图
工作原理：与MOSFET相似,TFT也是通过栅 电压来调节沟道电阻，从而实现对漏极电 流的有效控制. 与MOSFET不同的是：MOSFET通常工作强反 型状态,而大多数TFT器件工作于积累状态。
优点：节能、辐射低、 易大面积。 缺点：可视角度小、影像 拖尾 、亮度和对比度稍差、 色彩和灰度表现力弱。
无源驱动产生串扰，影响对比度。
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无源驱动阵列
TFT-LCD显示屏
高速度、高亮度、 高对比度、色彩更 逼真 。
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以TFT-LCD为代表的平板显示产业是电子信息领域的“核 心支柱产业”之一，年产值超过千亿美元，融合了光电子、 微电子、化学、制造装备和材料等多个学科，具有产业链长、 多领域交叉的特点。我国与显示技术相关的产品产值约占信 息产业总产值的30%，彩电制造能力已占全球彩电产业总加工 能力的47%，我国已成为新型显示相关产品的制造大国，已具 备跨越式发展的技术和产业基础。
时，给我们带来美的享受。
色彩好、寿命长；耗电大。
CRT----- Cathode Ray Tube
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PDP------Plasma Display Panel
优点：高亮度、大视角、
全彩色和高对比度。
缺点：高能耗、高价格。
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LCD------Liquid Crystal Display
薄膜晶体管（TFT）技术
主讲 刘玉荣
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内 容 提 要
1. TFT技术的基础知识 2. TFT技术的发展历程 3. TFT技术的应用领域 4. TFT的制造技术
5. TFT技术的研究领域
6. TFT技术所涉及的课程
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人是视觉动物，眼睛接收信息，感受世界；
而显示技术在提供变换灵活的视觉信息的同
平板显示技术总体趋势将朝着高画质高临场感、互 动式多功能一体化、节能降耗和健康环保的发展。
高性能TFT技术将给平板显示产业带来新希望的技术。
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一. TFT技术的基础知识
TFT的基本结构
图1 单晶硅MOSFET的结构示意图
图2 薄膜晶体管的结构示意图
TFT是指用半导体薄膜充当半导 体有源层的一种场效应晶体管。
硅片氧化 光刻栅电极
本征p-Si n+ p-Si S/D contacts
栅氧化 多晶硅生长及金属化 刻蚀金属形成源漏接触
刻蚀晶体管分离
刻蚀S/D之外的n+ P-Si
完整的底栅顶接触型p-Si TFT 制备的工艺流程
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a-Si 、ZnO薄膜制备技术
射频溅射(RF: Radio-Frequency Sputtering)
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“中国造”全球最大
ZnO-TFT-LCD平板显示面板驱动技术
非晶硅TFT驱动的1920×1080像素 IGZO TFT驱动的3840×2160像素 与非晶硅TFT驱动液晶面板相比,，IGZO TFT驱动液晶面板， 可提高以下三方面的性能：（1）高精细化（缩小至1/4）、
（2）低耗电量化（降至1/5-1/10）、（3）触摸面板高性能化。
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1947年，肖克利研究组巴丁创造性提出，失败的原因是因为
锗表面存在大量的表面缺陷态。为了改善场效应器件特性必须 弄清楚锗的表面态问题。在研究锗表面态的过程导致了点接触 型双极晶体管（1947年）和结型双极晶体管（1948年）的发明。
晶体管是20 世纪在电子技术方面最伟大的发明，推动了信息革 命，带动了产业革命，改变了人类社会工作方式和生活方式。 1950s，由于双极晶体管的发明导 致场效应器件的研究活动很少， 然而1952年肖克利提出一种结型 场效应晶体管（JFET）结构。
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OTFT-OLED平板显示的有源驱动
一个像素器件结构
柔性、超薄、无视角
2007年10月，索尼推出了一款11英寸仅3毫米厚的OLED电视机。
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ZnO-TFT-OLED平板显示面板驱动技术
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基于TFT的数字逻辑IC
主要性能指标： RF频率：915 MHz 编码调制方式：脉宽调制 数据速率：70.18 kbits/s CPU时钟：1.12 MHz ROM: 4 kB, RAM: 512 B 工艺指标：
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集成传感器
8×8集成柔性超声面阵
集成超声换能器阵元结构
TFT面板光电探测成像
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四. TFT技术的制造技术
1、衬底材料的选择及制备 硅、ITO玻璃、塑料等 2、栅绝缘层薄膜的制备
热氧化、阳极氧化、溅射、CVD、ALD等
3、半导体有源层薄膜的制备 溅射、CVD、ALD、旋涂、打印等 4、金属电极薄膜的制备 真空蒸镀、溅射
3. 计算机显示：笔记本电脑、监视器等；
4．家电和办公室显示：电视、互联网络终端、 电子报纸等。
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显示屏生产线的分代方法：基板尺寸(毫米)
第3代： 370×470 2-7英寸 手机、PDA用液晶屏幕
第3.5代： 550×650 - 中小型监控设备以及笔记本电脑液晶屏
第4代： 600×720 -14.1英寸 笔记本电脑液晶屏 第4.5代 ：730×920 -15、17英寸 笔记本电脑液晶屏以及液晶显示器 第5代： 1100×1250- 17、19英寸 液晶显示器 第6代： 1500×1850 – 32-37英寸液晶显示器以及中小屏幕液晶电视 第7代： 1870×2200 -32、40、46英寸 大屏幕液晶电视 第8代：2160×2460- 46-52英寸大屏幕液晶电视 2012年TCL华星光电利用8.5代 线制造出110寸3D液晶显示屏
1939年肖克利基于对肖特基二 极管的理解（金属-半导体接触 中，半导体表面的电荷受外加电 压调控），构建出MESFET器件。 然而该结构器件直到六十年代才 真正实现。 图7 MESFET的结构图 二战后，肖克利并没有回到MESFET结构的老路，而是构 建出一种新型绝缘栅结构FET器件，并采用锗薄膜替代化合 物半导体薄膜作半导体层。然而半导体薄膜中的电导随栅电 压的变化远比理论值小（基于电容器原理）。
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本世纪开始，上世纪三十年代 TFT的星星之火已成燎原之势！ （7）1990s以后，a-Si,p-Si TFT的性能不断改进，特 印度电子科学家Organic ID公司创始人Ananth 别关注低温多晶硅TFT制备技术.----非晶硅固相晶化技 Dodabalapur曾回忆道：那时候我还在贝尔实验室从事无 术.多晶硅因高迁移在高性能显示屏技术有明显优势。 机半导体的研究。1991年的一天，我在《自然》杂志封面 （ 8）1990s始，由于有机半导体薄膜的发明，基于有机 上看到一幅柔性聚合物 LED的照片时。我边看边对自己说 材料的 TFT成为新的研究方向和热点。---柔性显示 “这对器件物理学而言简直就是一座富饶的金矿！” （9）2002年始，基于宽能隙氧化物TFT被认为是最希望 的下一代TFT显示驱动技术。---高迁移率、透明性 （10）2006年始，石墨烯TFT被认为是下一代IC技术。 ---超高迁移率（电子、空穴迁移率达2*105 cm2/V.s）
(V d V g V th)
…….（1） …….（2）
TFT的种类
按采用半导体材料不同分为： 硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT 无机TFT 氧化物:ZnO-TFT 石墨烯TFT 基于小分子TFT 有机TFT 基于高分子聚合物TFT 无/有机复合型TFT：采用无机纳米颗粒与聚合 物共混制备半导体活性层