在低温燃烧处理的a-InXZnO (X = Ga, Sc, Y, La) 晶体管中,氧气对微观结构和载体运输的"getter"效应

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 半导体物理 半导体物理
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 氧化 (IXZO) 是薄膜晶体管 (TFT) 的一个有前途的氧化物半导体.
• 在IXZO中,金属离子 (X) 的"氧气获取器"作用对于控制氧气空缺,晶格形成和电子性质至关重要.
• 需要对不同离子半径的不同氧气获取器的影响进行系统研究,以优化IXZO的性能.

研究的目的:

• 系统地研究不同三价金属离子 (Ga(3+),Sc(3+),Y(3+),La(3+)) 作为IXZO中的氧获取体的影响.
• 为了将氧气获取器的离子半径和晶格形成度与IXZO膜的电子特性和稳定性相关联.
• 为了优化IXZO薄膜制备使用低温燃烧合成高性能TFTs.

主要方法:

• 在广泛的组成范围内,IXZO薄膜的低温燃烧合成.
• 使用热分析,放牧发生率X射线衍射 (GIAXRD),原子力显微镜 (AFM),X射线光电子谱学 (XPS) 和扫描传输电子显微镜 (STEM-HAADF) 的表征.
• 评估薄膜晶体管 (TFT) 的性能,包括电子流动性,开/关电流比,以及正偏向应力稳定性.

主要成果:

• 通过燃烧合成制备的IXZO薄膜对所有研究的金属离子 (X) 呈现出色的TFT性能.
• 在300°C处理后的最佳组合显示了Ga(3+) (5.4 cm2/Vs) 与Sc(3+),Y(3+) 和La(3+) 相比的优越电子流动性.
• 基于Ga(3+) 的IXZO表现出优越的偏向应力稳定性,保持>95%的移动性和<1.6V的门电压转移,与其他离子不同.

结论:

• 在研究的三价离子中, (Ga(3+)) 是最有效的氧气获取者,在IXZO中促进氧化物晶格形成.
• 金属氧化物晶格形成和金属离子半径是IXZO中氧气获取器有效性的关键预测因素.
• 基于优化的Ga3+) 的IXZO为TFT应用提供了高性能和稳定性.