Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов

• Автор: Плотникова, Екатерина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние исследований в области прозрачной

электроники

1.1 Прозрачные проводящие оксиды

1.2 Тонкопленочные транзисторы

1.3 Материалы

1.3.1 Компоненты прибора

1.3.2 Материалы полупроводникового канала и-типа

1.3.3 Материалы проводящих областей - истока, стока и затвора

1.3.4 Подзатворные диэлектрики
1.4 Основные подходы, используемые при моделировании ТТЕТ
ГЛАВА 2. Изготовление тонких пленок металлооксидов для прозрачных
тонкопленочных полевых транзисторов
2.1 Изготовление керамических мишеней
2.1.1 Изготовление керамической мишени для подзатворного 48 диэлектрика из оксида титана ТЮ
2.1.2 Изготовление керамической мишени для активных областей 53 тонкопленочного транзистора из оксидов цинка ZnO и олова 8п
2.2 Составные комбинированные мишени для ионно-лучевого распыления 59 тонких пленок оксидов металлов переменного состава
2.3 Ионно-лучевое напыление тонких пленок оксидов металлов заданного 63 процентного соотношения
ГЛАВА 3. Исследование характеристик тонких пленок металлооксидов для
элементов конструкции прозрачного полевого транзистора
3.1 Измерение толщины структур
3.1.1 Исследование толщины пленок ТЮ2 — 8Ю2
3.1.2 Исследование толщины пленок 8п02 - ZnO (Т20) и ZnO - 8п02 71 (2Т0) для материала проводящих областей транзистора и канала
3.2 Анализ элементного и фазового состава образцов
3.3 Исследование морфологии поверхности и рентгеновский анализ объема

пленок после их кристаллизации
3.4 Оптические характеристики образцов
3.5 Исследование электрических свойств тонких пленок TZO и гТО
ГЛАВА 4. Моделирование вольт-амперных характеристик тонкопленочных
металлооксидных транзисторов
4.1 Идеальная модель без учета реальных эффектов, возникающих в канале
4.2 Эффекты, возникающие при работе реальных тонкопленочных 118 металлооксидных транзисторов
4.2.1 Захват носителей зарядов в ловушки
4.2.2 Шероховатость поверхности
4.2.3 Последовательные сопротивления на границах исток-канал и
сток-канал
4.2.4 Проводимость канала
4.2.5 Изменение длины канала
4.2.6 Неограниченный канал, краевые эффекты тока
4.3 Модель, учитывающая наличие сопротивления в объеме и на 125 поверхности полупроводникового канала
4.4 Модель, учитывающая наличие емкости в канале транзистора
4.5 Модель, учитывающая одновременное влияние сопротивлений и 136 емкости канала, и программное обеспечение для анализа характеристик тонкопленочных транзисторов
4.6 Программа для моделирования вольт-амперньгх характеристик ПТТ
Выводы по диссертации
Литература
Приложение
Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение

Введение
Актуальность темы.
Современный уровень развития промышленности таков, что в течение одного или двух десятилетий технологический прорыв превращается в коммерчески выгодный продукт. Например, заявленная США в 2003 году технология изготовления прозрачных тонкопленочных транзисторов (transparent thin film transistors, TTFT) в ближайшее время может получить широкое распространение.
Прозрачные тонкопленочные металлооксидные транзисторы - это одна из наиболее перспективных тем для исследований в области прозрачной электроники.
Важно отметить, что хотя прозрачная электроника и является «новаторским продуктом», на сегодняшний день технологии и параметры TTFT не до конца изучены и плохо воспроизводимы из-за высоких требований к величинам токов во включенном и выключенном состоянии приборов и из-за необходимости использования непрозрачных токопроводящих дорожек в прозрачной схеме. Пока прозрачная электроника является развивающейся отраслью, можно предположить, что это развитие будет ускорено и доведено до логического завершения, если вести параллельные исследования материалов, приборов, схем и возможных областей использования. Такой подход, теоретически, должен ускорить развитие технологии, найти новые пути и подготовить платформу для ее промышленного внедрения.
Современное состояние проблемы таково, что существуют так называемые head-up дисплеи - светодиодные устройства высокой яркости, которые позволяют проецировать информацию на ветровое стекло автомобиля или на специальную прозрачную панель в самолетах. Но изображение на триплексе двоится, а на обычных поверхностях искажено, не четко и не достаточно информативно. Поэтому перспективным направлением оказываются прозрачные дисплеи на органических светодиодах и прозрачных тонкопленочных транзисторах. За рубежом
исследованиями по данной тематике заняты такие известные кампании, как Canon, Samsung и LG. В современных зарубежных разработках используются полупроводниковые материалы (Si, GaAs, GaN) стоимостью от сотен до тысяч

Прозрачные аморфные оксидные полупроводники (AOS) демонстрируют некоторые свойства, которые не наблюдаются в классических аморфных полупроводниках. Подвижность электронов (10+40 см2/В><с) в приборах достаточно высока и превышает значение для a-Si более чем в 10 раз, а для большинства органических материалов - более чем в 100 раз. По сравнению с другими аморфными полупроводниками вырожденное состояние в AOS с большой проводимостью можно получить легированием. Несмотря на то, что кристаллический Si можно легко легировать для получения вырождения, для a-Si такой подход не работает. В классических аморфных полупроводниках проводимость обеспечивают переходы между границами зон, поэтому в них подвижность носителей значительно ниже, чем в кристаллических материалах. Для сравнения, в TTFT легированием достаточной величины или управлением напряжением на затворе уровень Ферми может быть помещен в зоне проводимости AOS, следовательно, вырожденное поведение будет объединено с электронной электропроводностью. Как было отмечено для кристаллических полупроводниковых оксидов, концентрация носителей заряда может управляться концентрацией вакансий кислорода. Эффективным методом контроля Vo в AOS является регулирование парциального давления кислорода при нанесении пленки и дальнейшей обработке. В этом случае могут регулироваться валентные состояния т металла, заряд может быть инжектирован на дно зоны проводимости и ловушки могут быть заполнены.
Исследование системы (ZnO)x-(Sn02)i.x, х = 0 + 1, которая по большей части аморфна, может помочь в объяснении некоторых физических процессов [85]. Так, напряжение включения TTFT Vox и добавочная подвижность цтс могут быть рассчитаны как функции от сложного состава с разным соотношением (Zn:Sn) и от температуры изготовления. Исходя из наблюдений [86] и продемонстрированной склонности вакансий О к объединению, TTFT с Sn02 в качестве слоя канала выключается воздействием очень больших (по модулю) значений напряжений. Аналогично, обогащенный Sn состав с соотношением Zn:Sn = 1:2 демонстрирует резкое падение V0l в область отрицательных значений при температурах между