Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Computer Engineering, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China
2 Huangpu Hydrogen Innovation Center/Guangzhou Key Laboratory for Clean Energy and Materials, School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China
3 Institute of Microelectronics, Peking University, Beijing 100871, China
As growing applications demand higher driving currents of oxide semiconductor thin-film transistors (TFTs), severe instabilities and even hard breakdown under high-current stress (HCS) become critical challenges. In this work, the triggering voltage of HCS-induced self-heating (SH) degradation is defined in the output characteristics of amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) TFTs, and used to quantitatively evaluate the thermal generation process of channel donor defects. The fluorinated a-IGZO (a-IGZO:F) was adopted to effectively retard the triggering of the self-heating (SH) effect, and was supposed to originate from the less population of initial deep-state defects and a slower rate of thermal defect transition in a-IGZO:F. The proposed scheme noticeably enhances the high-current applications of oxide TFTs.
amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) current stress self-heating (SH) fluorination Journal of Semiconductors
2023, 44(9): 092601
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Silicon Materials, Key Laboratory for Biomedical Engineering of Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 Wenzhou Key Laboratory of Novel Optoelectronic and Nano Materials, Institute of Wenzhou, Zhejiang University, Wenzhou 325006, China
3 Department of Electronic Science and Technology, College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
4 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China
Amorphous oxide semiconductors (AOS) have unique advantages in transparent and flexible thin film transistors (TFTs) applications, compared to low-temperature polycrystalline-Si (LTPS). However, intrinsic AOS TFTs are difficult to obtain field-effect mobility (μFE) higher than LTPS (100 cm2/(V·s)). Here, we design ZnAlSnO (ZATO) homojunction structure TFTs to obtainμFE = 113.8 cm2/(V·s). The device demonstrates optimized comprehensive electrical properties with an off-current of about 1.5 × 10–11 A, a threshold voltage of –1.71 V, and a subthreshold swing of 0.372 V/dec. There are two kinds of gradient coupled in the homojunction active layer, which are micro-crystallization and carrier suppressor concentration gradient distribution so that the device can reduce off-current and shift the threshold voltage positively while maintaining high field-effect mobility. Our research in the homojunction active layer points to a promising direction for obtaining excellent-performance AOS TFTs.
thin film transistors homojunction carrier mobility amorphous oxides Journal of Semiconductors
2023, 44(5): 052101
1 贵州民族大学 化学工程学院, 贵阳 550025
2 贵州民族大学 材料科学与工程学院, 贵阳 550025
3 中国振华集团永光电子有限公司, 贵阳 550018
以锌锡氧化物(ZTO)薄膜作为沟道层, 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜作为介质层低温(100℃)制备了顶栅共面结构的薄膜晶体管(TFT), 并研究了ZTO沟道层成膜过程中氧分压对器件性能的影响。结果表明, ZTO沟道层具有稳定的非晶结构、较高的可见光透明性(在400~700nm范围内平均透过率大于等于89.61%), 且增大氧分压有利于其可见光透明性的提升。霍尔测试结果表明, 增大氧分压(由3.5×10-2Pa增大到7.5×10-2Pa)会降低ZTO电子载流子浓度(由4.73×1015cm-3降低到6.11×1012cm-3), 致使基于ZTO沟道层TFT器件的能耗降低(表现为关态电流的降低和耗尽型器件阈值电压的正向移动)。此外, 增大氧分压还有益于沟道层/介质层界面状态的优化, 即亚阈值摆幅减小。
薄膜晶体管 锌锡氧化物 氧分压 顶栅结构 低温 thin-film transistors zinc-tin-oxide oxygen partial pressure top-gate configuration low temperature
1 Key Laboratory for Micro/Nano Optoelectronic Devices of Ministry of Education & International Science and Technology Innovation Cooperation Base for Advanced Display Technologies of Hunan Province, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
2 Shenzhen Research Institute of Hunan University, Shenzhen 518063, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(2): s12200
1 华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件国家重点实验室，广东 广州 510640
2 中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT）作为像素中的开关元器件，与存储电容一起组成电子纸显示器的驱动电路。本文按照柔性TFT有源层的不同进行分类：有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor，OTFT）、非晶硅薄膜晶体管(Amorphous Silicon Thin Film Transistor，a-Si TFT）、金属氧化物薄膜晶体管(Metal Oxide Thin Film Transistor，MOTFT），介绍它们在柔性电子纸显示器中的研究进展，着重关注器件的柔性、电学特性以及稳定性。最后进行了对比分析，提出MOTFT有望凭借优良的电学特性、高光学透明性以及相对较低的工艺温度等优势成为驱动下一代柔性电子纸显示器的最佳候选者。
电子纸 柔性薄膜晶体管 金属氧化物薄膜晶体管 驱动 E-paper flexible thin film transistors metal oxide thin film transistors drive
1 重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
首先引入新型油酸配位剂，解决已有溶液法成膜较差的问题，接着引入紫外/红外双光源退火工艺，制备了氧化锆薄膜。与传统的热退火工艺相比，双光源退火能够在较低温度下实现锆盐的分解、还原、氧化，形成高质量氧化锆薄膜。采用紫外分光光度计、原子力显微镜和X射线光电子能谱仪等对制备的氧化锆薄膜进行了表征对比，进而分析了成膜的物理机理。结果表明：所用方法成功实现了低温条件下(<120 ℃)高质量氧化锆薄膜的制备，薄膜的光学带隙约为5.66 eV，相对介电常数约为22.6，漏电流密度小于10－9 A/cm2@4 MV/cm，表面粗糙度为0.28 nm。最后，基于该氧化锆薄膜绝缘层制备出了低驱动电压的稠合噻吩-吡咯并吡咯二酮聚合物薄膜晶体管，其迁移率为0.50 cm2/(V·s)，阈值电压为－0.47 V, 电流开关比3.6×107，亚阈值摆幅为0.16 V/dec。
材料 薄膜晶体管 溶液法 氧化锆 紫外/红外退火
为了探究环境湿度对非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)的负偏压光照(NBIS)稳定性的影响，本文使用非密闭腔室进行不同波长光照射下以及不同相对湿度下的TFT负偏压测试。介绍了a-IGZO TFT的基本结构以及实验所用I-V测试系统。测试了不同波长光照条件下a-IGZO TFT的转移特性曲线以及相同波长光照射下不同相对湿度的转移特性曲线。实验结果表明：a-IGZO TFT的转移特性曲线随着电压偏置时间的增加而发生负偏；随着光照波长的减小，器件阈值电压负漂越明显。随着相对湿度增加，a-IGZO TFT的NBIS不稳定性逐渐降低，但其电学特性发生了严重的劣化。在相对湿度为50%，光照波长为400 nm时，a-IGZO TFT的NBIS电学特性最好，其在负偏压时间为1 500 s时的阈值电压偏移为15 V。
非晶铟镓锌 薄膜晶体管 负偏压光照稳定性 湿度 氧空位 amorphous InGaZnO thin film transistors negative bias illumination stress stability humidity oxygen vacancy
1 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
2 华南理工大学 电子与信息学院, 广东 广州 510640
3 广州新视界光电科技有限公司, 广东 广州 510730
金属氧化物薄膜晶体管(TFT)属于耗尽型器件, 其集成的TFT的行驱动电路一般采用双负电源方案, 存在与外围驱动芯片的匹配困难和功耗较大的不足。本文设计了一种新型耦合电路结构, 可以产生比负电源更低的电压从而完全关闭输出模块的下拉晶体管, 防止氧化物TFT耗尽模式引起的电流泄露问题, 并由此设计了新型氧化物TFT行驱动电路拓扑。由于只采用一个负电源, 其电源电压范围比采用双负电源方案的小, 从而节省了功耗且有利于与外围驱动芯片的匹配连接。实验结果表明, 基于刻蚀阻挡层(ESL)结构的氧化物TFT工艺, 在玻璃衬底上成功制备了该行驱动电路, 在电阻负载RL=3 kΩ和容性负载CL=30 pF下, 所设计的行驱动电路在33.3 kHz时钟频率下实现脉宽10 μs的全摆幅输出, 每级功耗仅为160 μW。基于新型耦合电路结构的行驱动电路能够满足60 Hz的刷新频率的1 980×1 080分辨率的显示需求。
In-Zn-O薄膜晶体管 行驱动电路 新型耦合电路结构 In-Zn-O thin film transistors gate driver new coupling circuit structure
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 浙江省石墨烯应用研究重点实验室, 宁波 315201
2 郑州大学 材料科学与工程学院, 国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心, 郑州 450001
可以图形化和沉积同时进行的镀膜技术可有效简化器件制备流程, 从而降低成本。本工作研究了一种新型的图形化沉积镀膜技术-微流控法: 将宽度及间隔均为80 μm、沟槽深度为2 μm左右的PDMS模板与衬底贴合构筑微流通道, 毛细力作用下前驱液可在微流通道内流动, 并在衬底表面形成图形化的液膜, 最后经热处理完成图行化的薄膜沉积。此外, 分析了硝酸镍/2-甲氧基乙醇前驱体的热分解过程和不同温度退火下前驱体粉末的相结构演化规律。最终利用微流控法图形化沉积技术制备了图形化的氧化镍沟道, 并构筑了薄膜晶体管器件。优化后的薄膜晶体管表现出典型的p型特征, 场效应迁移率可达0.8 cm2·V-1·s-1。
oxide semiconductors solution method wettability thin-film transistors TG-DTA curves 氧化物半导体 溶液法 浸润性 薄膜晶体管 热失重-差热曲线
