由于其低成本和高電子(電荷載流子)遷移率，非晶氧化物半導(dǎo)體 (AOS) 是下一代顯示技術(shù)的一個(gè)有前途的選擇。尤其是高移動(dòng)性對于高速圖像至關(guān)重要。但 AOS 也有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，阻礙了它們的商業(yè)化——移動(dòng)性與穩(wěn)定性的權(quán)衡。
TFT 穩(wěn)定性的核心測試之一是“負(fù)偏置溫度應(yīng)力”(NBTS) 穩(wěn)定性測試。兩種感興趣的 AOS TFT 是氧化銦鎵鋅 (IGZO) 和氧化銦錫鋅 (ITZO)。IGZO TFT具有較高的NBTS穩(wěn)定性但遷移率較差，而ITZO TFT則具有相反的特性。這種權(quán)衡的存在是眾所周知的，但到目前為止還沒有理解它為什么會發(fā)生。
在最近發(fā)表在Nature Electronics 上的一項(xiàng)研究中，來自的一組科學(xué)家現(xiàn)在報(bào)告了這種權(quán)衡的解決方案。“在我們的研究中，我們專注于 NBTS 穩(wěn)定性，這通常使用“電荷捕獲”來解釋。這描述了累積電荷進(jìn)入下層基板的損失。然而，我們懷疑這是否能解釋我們在 IGZO 和 ITZO TFT 中看到的差異，因此我們專注于載流子密度變化或 AOS 本身的費(fèi)米能級變化的可能性，”東京理工大學(xué) Junghwan Kim 助理教授解釋說，誰負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究。
為了研究 NBTS 的穩(wěn)定性，該團(tuán)隊(duì)使用了“具有雙層有源溝道結(jié)構(gòu)的底柵 TFT”，包括一個(gè) NBTS 穩(wěn)定的 AOS (IGZO) 層和一個(gè) NBTS 不穩(wěn)定的 AOS (ITZO) 層。然后，他們對 TFT 進(jìn)行了表征，并將結(jié)果與??使用電荷俘獲和費(fèi)米能級位移模型執(zhí)行的器件模擬進(jìn)行了比較。
他們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與費(fèi)米能級位移模型一致。“獲得這些信息后，下一個(gè)問題是，'控制 AOS 遷移率的主要因素是什么?'”金教授說。
AOS TFT 的制造會將包括一氧化碳 (CO) 在內(nèi)的雜質(zhì)引入 TFT，尤其是在 ITZO 情況下。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) AOS 和非預(yù)期雜質(zhì)之間發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移。在這種情況下，CO 雜質(zhì)向 TFT 的有源層提供電子，這會導(dǎo)致費(fèi)米能級偏移和 NBTS 不穩(wěn)定性。“這種基于 CO 的電子捐贈(zèng)機(jī)制取決于導(dǎo)帶最小值的位置，這就是為什么您會在 ITZO 等高遷移率 TFT 中看到它，而在 IGZO 中看不到它，”Kim 教授詳細(xì)說明。
有了這些知識，研究人員通過在 400°C 下處理 TFT 開發(fā)了一種不含 CO 雜質(zhì)的 ITZO TFT，并發(fā)現(xiàn)它是穩(wěn)定的 NBTS。“超高視覺技術(shù)需要電子遷移率高于 40 cm2(Vs)-1 的TFT。通過消除 CO 雜質(zhì)，我們能夠制造出遷移率高達(dá) 70 cm2(Vs)-1的 ITZO TFT，”Kim 教授興奮地評論道。
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