寧波材料所在高遷、高穩氧化物薄膜晶體管方面取得研究進展

文章來源:寧波材料技術與工程研究所  |  發布時間:2023-03-29  |  【打印】 【關閉

  

  由于跟非晶硅面板制程兼容,非晶氧化物InGaZnO(IGZO)自從在實驗室被發現后,很快進入了顯示驅動工業應用,如AMLCD、AMOLED、LTPO 面板驅動。以IGZO 為代表的非晶氧化物薄膜晶體管(TFT)在較高的遷移率 (10 cm2/Vs 左右)、低溫大面積制程(可至G8面板以上)、低的關態電流(約比低溫多晶硅TFT低1000倍)等方面具有獨特的優勢。然而,伴隨著顯示技術的快速發展,現有顯示驅動無法匹配新型高品質顯示的迫切需求。具體而言,伴隨著顯示面板大面積化(>75 Inch)、超高清化(8K)和高幀頻(240 Hz)的發展趨勢及未來Micro-LED等高性能顯示的涌現,客觀上要求TFT器件在保持較低關態電流這一優勢的同時,器件場效應遷移率要大于40 cm2/Vs,并兼具較好的性能穩定性。

  鑒于此,中國科學院寧波材料技術與工程研究所功能薄膜與智構器件團隊的梁凌燕、曹鴻濤研究員基于InSnZnO(ITZO)半導體材料,圍繞靶材-薄膜-工藝-器件研究鏈條開展科研攻關,闡明了靶材質量、源漏電極工藝、稀土摻雜及金屬誘導工藝等對ITZO-TFT性能的影響規律,為后續實現高遷、高穩的TFT器件打下了堅實基礎。系列工作發表在IEEE EDL. 42, 529-532(2021)、Appl. Phys. Lett. 119, 212102 (2021)、IEEE TED. 69, 152-155 (2022)、ACS Appl. Electron. Mater. 2023, 10.1021/acsaelm.2c01673。

  近期,該團隊攜手中山大學的劉川教授和相關企業提出了高電子遷移率輸運層和光電子弛豫層的疊層設計,將遷移率和穩定性的關聯/矛盾關系進行了解耦,器件遷移率和穩定性(特別是光照和偏壓穩定性)分別與輸運層和弛豫層各自的物性及厚度相關聯,由此實現了高遷移率(>40 cm2V-1s-1,歸一化飽和輸出電流225 μA)和高穩定性(NBIS/PBTS △Vth = -1.64/0.76 V),器件性能水平極具競爭力,解決了目前氧化物TFTs普遍存在的輸運和穩定性難以兼顧的難題。根據氧化物半導體輸運的滲流理論以及經典的載流子擴散機制對實驗結果進行了模擬,理論預測跟實驗結果相吻合,驗證了本設計的有效性和可行性。此外,器件的輸運層和弛豫層厚度均超過20 nm,容易實現大面積均勻性,具有很好的工業導入前景。研究結果發表在Adv. Sci. 2023, 2300373. 10.1002/advs.202300373。

  上述工作得到了國家重點研發計劃(2021YFB3600701)、國家自然科學基金(62274167)、中科院重點部署(ZDRW-XX-2022-2)等項目的支持。

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