低温燃焼加工a-InXZnO (X = Ga, Sc, Y, La) トランジスタにおける微細構造とキャリア輸送に対する酸素"ゲッター"効果

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 半導体物理学 半導体物理学
• ナノテクノロジー ナノテクノロジー

背景:

• インジウム亜鉛酸化物 (IXZO) は,薄膜トランジスタ (TFT) の有望な酸化物半導体です.
• IXZOにおける金属イオン (X) の"酸素ゲッター"の役割は,酸素の空白,格子形成,および電子特性を制御するために重要である.
• IXZOの性能を最適化するために,異なるイオン半径を持つ異なる酸素ゲッターの影響に関する体系的な研究が必要である.

研究 の 目的:

• IXZOにおける酸素ゲッターとしての異なる三価金属イオン (Ga(3+),Sc(3+),Y(3+),La(3+)) の効果を体系的に調査する.
• 酸素ゲッターのイオン半径と格子形成エンタルピーを,IXZOフィルムの電子特性と安定性との相関関係にするために.
• 高性能TFTの低温燃焼合成を用いたIXZOフィルム製造を最適化するために.

主な方法:

• IXZOフィルムの低温燃焼合成は,幅広い組成範囲にわたって行われています.
• 熱分析,放牧インシデンスX線 difraktion (GIAXRD),原子力顕微鏡 (AFM),X線光電子スペクトロスコーピー (XPS),およびスキャニング伝送電子顕微鏡 (STEM-HAADF) を用いた特徴付け.
• 薄膜トランジスタ (TFT) の性能の評価,電子の移動性,オン/オフ電流比,およびポジティブバイアスのストレス安定性を含む.

主要な成果:

• 燃焼合成で作られたIXZOフィルムは,研究されたすべての金属イオン (X) に対して優れたTFT性能を示した.
• 300°Cの処理後の最適な組成は,Sc(3+),Y(3+),およびLa(3+と比較してGa(3+) (5.4cm2/Vs) に対する優れた電子移動性を示した.
• Ga (((3+) 基のIXZOは,他のイオンとは異なり,優れたバイアスストレス安定性を示し, >95%の移動性と<1.6Vの値電圧シフトを維持しました.

結論:

• ガリウム (Ga(3+)) は,IXZOにおける酸化物格子形成を促進するために,研究された三価イオンの中で最も効果的な酸素ゲッターです.
• 金属酸化物格子形成エンタルピーと金属イオン半径は,IXZOにおける酸素ゲッターの有効性の主要な予測要因である.
• 最適化されたGa(3+) ベースのIXZOは,TFTアプリケーションに高い性能と安定性を提供します.