退火温度对ZnO 薄膜晶体管电特性的影响

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2011.09.018

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2011, Vol. 39 ›› Issue (9): 103-107.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2011.09.018

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退火温度对ZnO 薄膜晶体管电特性的影响

刘玉荣^1,2任力飞¹杨任花¹韩静¹姚若河^1,2 温智超¹徐海红³许佳雄¹

1．华南理工大学电子与信息学院，广东广州 510640;2．华南理工大学广东省短距离无线探测与通信重点实验室，广东广州 510640;3．华南理工大学物理系，广东广州 510640

收稿日期:2011-02-24 修回日期:2011-03-14 出版日期:2011-09-25 发布日期:2011-08-02
通信作者: 刘玉荣(1968-) ，男，博士，副教授，主要从事半导体器件与物理研究． E-mail:phlyr@scut.edu.cn
作者简介:刘玉荣(1968-) ，男，博士，副教授，主要从事半导体器件与物理研究．
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 61076113) ; 广东省自然科学基金资助项目( 8451064101000257) ; 华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2011ZM0027) ; 广东省大学生创新实验项目( S1010561035)

Effects of Annealing Temperature on Electrical Properties of ZnO Thin-Film Transistors

Liu Yu-rong^1,2Ren Li-fei¹ Yang Ren-hua¹Han Jing¹Yao Ruo-he^1,2Wen Zhi-chao¹Xu Hai-hong³ Xu Jia-Xiong¹

1. School of Electronic and Information Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2. Guangdong Key Laboratory of Short-Range Wireless Detection and Communication,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 3. Department of Physics,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China

Received:2011-02-24 Revised:2011-03-14 Online:2011-09-25 Published:2011-08-02
Contact: 刘玉荣(1968-) ，男，博士，副教授，主要从事半导体器件与物理研究． E-mail:phlyr@scut.edu.cn
About author:刘玉荣(1968-) ，男，博士，副教授，主要从事半导体器件与物理研究．
Supported by:
国家自然科学基金资助项目( 61076113) ; 广东省自然科学基金资助项目( 8451064101000257) ; 华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2011ZM0027) ; 广东省大学生创新实验项目( S1010561035)

摘要/Abstract

摘要： 针对非晶硅和有机薄膜晶体管的低迁移率问题，以高纯Zn 为靶材，反应磁控溅射沉积、且在不同温度下退火的ZnO 薄膜作为半导体活性层，成功地制备出基于ZnO 材料的薄膜晶体管( ZnO-TFT) ，研究了退火温度对ZnO-TFT 电特性的影响．结果表明: ZnOTFT的载流子迁移率随退火温度的升高而明显增大，700℃ 退火的样品迁移率为8. 00cm² /( V·s) ，阈值电压随退火温度的升高而明显减小，在较高温度下退火处理制备的ZnO-TFT 呈现出较低的关态电流．结合X 射线衍射谱、原子力显微镜和X 射线光电子能谱对ZnO 薄膜的微结构及组分的分析，发现ZnO-TFT 性能随退火温度升高的改善来源于退火温度的升高使ZnO 薄膜的晶粒尺寸增大且更均匀、外形更规整、表面更光滑，氧含量更少．

关键词: 薄膜晶体管, 氧化锌, 电特性, 退火温度

Abstract:

Aiming at the low mobilities of the thin film transistors respectively based on amorphous silicon and organic semiconductor,ZnO thin-film transistors ( ZnO-TFTs) were successfully prepared by means of the reactive magnetron sputtering from a high-purity Zn metal target,with the ZnO thin-films annealed at different temperatures as the active layer. The effects of the annealing temperature on the electrical properties of the ZnO-TFTs were investigated. The results show that the carrier mobility of the ZnO-TFTs obviously increases with the annealing temperature,which is up to 8. 00 cm² /( V·s) at 700℃,while the threshold voltage obviously decreases with the increase of the annealing temperature,and that ZnO-TFTs with the annealing treatment at a higher temperature is of lower OFF-state current. Moreover,according to the microstructure and compositions of the ZnO thin-films characterized by means of XRD,AFM and XPS,it is concluded that the performance improvement of the ZnO-TFTs with the increase of the annealing temperature is attributed to the facts that the increase of the temperature results in larger and more uniform grain size,lower surface roughness and lower oxygen content.

Key words: thin film transistors, zinc oxide, electrical properties, annealing temperature

中图分类号:

TN321+．5

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退火温度对ZnO 薄膜晶体管电特性的影响

Effects of Annealing Temperature on Electrical Properties of ZnO Thin-Film Transistors

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