激光处理对氧化薄膜和晶体管的激光处理的影响
Rihui Yao1, Dingrong Liu1, Nanhong Chen1
1Guangdong Basic Research Center of Excellence for Energy & Information Polymer Materials, State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, School of Materials Sciences and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China.
Nanomaterials (Basel, Switzerland)
|June 13, 2024
概括
这项研究增强了氧化薄膜晶体管 (IGZO-TFT) 的氧化 (Tb). 对Tb化氧化膜进行激光处理,可以提高设备的稳定性和性能,减少异常电流并提高开关比率.
科学领域:
- 材料科学:专注于电子应用新型薄膜材料的开发和表征.
- 半导体物理:研究金属氧化物薄膜的电子特性及其在晶体管中的行为.
- 激光加工:探讨激光技术在材料改造和设备制造方面的应用.
背景情况:
- 氧化薄膜晶体管 (IGZO-TFT) 在负偏差照明应力 (NBIS) 下的稳定性不佳.
- 现有的IGZO-TFT在异常电流和切换电流比率方面存在局限性,这阻碍了它们的实际应用.
- 探讨了 (Tb) 兴奋剂作为一种战略,以克服IGZO-TFTs的稳定性和性能问题.
研究的目的:
- 为了研究 terbium doping 和 KrF excimer 激光后处理对氧化薄膜的影响.
- 为了提高金属氧化物薄膜晶体管 (MOTFT) 的负偏光应力 (NBIS) 和正偏光应力 (PBIS) 稳定性.
- 为了优化激光能量密度,以改善薄膜特性和设备性能.
主要方法:
- 制造氧化 (Tb:In2O3) 薄膜,添加氧化.
- 在各种能量密度下使用KrF脱激光 (248nm) 进行薄膜的后处理.
- 使用X射线光电谱学 (XPS) 分析离子状态 (Tb3+,Tb4+) 的表征.
- 评价薄膜的特性:密度,厚度,载体度和光带间隙.
- 基于Tb:In2O3的TFT的制造和测试,将性能指标与纯 In2O3-TFT进行比较.
主要成果:
- XPS证实了Tb3+和Tb4+离子的存在,这表明激光诱导的电子转换会影响热效应.
- 激光能量密度的增加导致了更高的薄膜密度,更小的厚度,更高的载体度和更大的光带间隙.
- 即使在高激光能量密度下 (高达250mJ/cm2),Tb:In2O3薄膜也保持了无形结构.
- Tb-doped TFT 显示出明显减少的状态外电流 (1.66 × 10-12 A 与纯 In2O3 的 1.16 × 10-11 A 相比).
- 开关电流比率从1.63 × 106 提高到1.34 × 107.
- NBIS稳定性得到改善,值电压转移 (ΔVON) 从 -10.4 V 变为 6.4 V.
- PBIS的稳定性也得到了改善, ΔVON从8V变为1.6V.
结论:
- 兴奋剂和KrF排挤激光治疗有效地提高了基于氧化的TFT的性能和稳定性.
- 改善的特性归因于Tb离子状态,激光诱导的热效应,以及由此产生的薄膜结构修改.
- Tb:In2O3-TFT表现出优越的电气特性和应力稳定性,使它们成为先进显示应用的前景.
