氧化锌薄膜晶体管的制备与研究

论文摘要

ZnO作为一种宽禁带半导体材料（室温下禁带宽度为3.37eV）,具有比GaN更高的激子束缚能（60meV）,具有良好的压电和光电等性能,继GaN之后成为光电研究领域的又一热门研究课题。可用于制备表面声波器件、太阳能电池、压敏器件、气敏器件、紫外探测器、发光器件等,可应用于民用及军事等很多领域。将ZnO材料作为有源层应用在薄膜晶体管（Thin Film Transistor,TFT）中,在性能上要优于目前广泛应用的Si基薄膜晶体管（Si-TFT）,同时,由于ZnO薄膜在可见光波段几乎是透明的,采用透明衬底,及其它透明材料（绝缘层材料、电极材料等）,可制作成全透明薄膜晶体管（Transparent Thin Film Transistor,TTFT）,在显示领域和透明电子学领域中具有重要意义,相关研究工作得到国内外广泛重视,已经成为业界关注与研究的热点。本论文的主要工作如下:1、采用金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）、射频磁控溅射（Radio Frequency Sputtering,RF）两种方法在玻璃衬底上通过优化工艺条件,生长出了高质量的氧化锌薄膜。我们对生长温度进行了优化,并研究了氧气流量对ZnO薄膜生长和质量的影响;利用X射线衍射（ X - ray diffraction , XRD ）、光荧光谱（Photoluminescence, PL）、原子力显微镜（Atomic force microscopy, AFM）、霍尔（Hall）及透射光谱测试等方法及手段对其相关特性进行了测试与分析。2、在氧化锌薄膜材料的基础上,成功设计并制备了氧化锌薄膜晶体管。在工作中,设计了不同结构的氧化锌薄膜晶体管光刻图形。优化了光刻工艺过程中的温度、曝光时间、曝光强度,及有关工艺条件与操作,对器件的性能进行了测试和分析。所制备的氧化锌薄膜晶体管器件为底栅结构,电流开关比可以达到106数量级,在波长大于380纳米以上波段,光透过率可以达到80%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氧化锌薄膜材料的用途
• 1.3 氧化锌材料的基本特性
• 1.3.1 结构特性
• 1.3.2 光电特性
• 1.4 氧化锌薄膜材料的生长方法
• 1.4.1 溅射法
• 1.4.2 脉冲激光沉积法（PLD）
• 1.4.3 分子束外延法（MBE）
• 1.4.4 金属有机化学气相沉积（MOCVD）
• 1.4.5 锌膜氧化法
• 1.5 氧化锌薄膜晶体管简介
• 1.5.1 ZnO 薄膜晶体管发展史及研究现状
• 1.5.2 ZnO 薄膜晶体管（ZnO-TFT）结构及工作原理
• 1.5.3 氧化锌薄膜晶体管（ZnO-TFT）的优势和现存问题
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 生长ZnO 薄膜材料的MOCVD 系统与RF 磁控溅射设备
• 2.1 生长ZnO 薄膜材料的MOCVD 系统
• 2.1.1 关于MOCVD 技术
• 2.1.2 源材料的选择
• 2.1.3 用于ZnO 生长的MOCVD 反应系统
• 2.2 射频（RF）磁控溅射反应系统
• 2.2.1 射频（RF）磁控溅射机理
• 2.2.2 用以生长ZnO 的射频（RF）磁控溅射技术
• 第3章 有源层材料氧化锌薄膜生长及相关特性研究
• 3.1 玻璃衬底氧化锌ZnO 薄膜生长
• 3.1.1 玻璃衬底氧化锌薄膜生长温度条件优化
• 3.1.2 玻璃衬底氧化锌薄膜生长氧气分压条件优化
• 3.2 小结
• 第4章 氧化锌薄膜晶体管制备与测试
• 4.1 简介
• 4.2 氧化锌薄膜晶体管的制备
• 4.2.1 底栅型氧化锌薄膜晶体管结构设计
• 4.2.2 底栅型氧化锌薄膜晶体管制备
• 4.3 测试与数据
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历