基于超薄氧化铟锡的场效应晶体管制备及性能研究.pdfVIP

摘要

近年来，超薄氧化铟锡（ITO）场效应晶体管因其高迁移率、低功耗和后道

工序（BEOL）兼容等优势引起了科研人员的广泛关注。虽然现阶段超薄ITO晶

体管研究取得系列进展，但是面向后摩尔时代电子器件应用需求，如何进一步提

升超薄ITO场效应晶体管的电学性能及其稳定性仍然是其应用存在的关键问题。

本文从器件制备工艺和优化出发，重点研究了退火工艺、源漏接触电极和钝化工

艺等对超薄ITO场效应晶体管电学性能和稳定性的影响规律，制备了高性能、高

稳定性的超薄ITO晶体管。

本文系统地研究了不同真空退火温度和持续时间对超薄ITO晶体管性能的影

响。通过AFM和TEM验证了超薄ITO晶体管的结构，XRD结果表明ITO薄膜呈

现非晶态。190℃的退火温度改善了电学特性，场效应迁移率（μFE）为43.6

27

cm/Vs，阈值电压（V）为1.1V，开/关电流比（I/I）为1.26×10。对真空退

thonoff

2

火时间的进一步优化可达到61cm/Vs的更高μFE。使用XPS表征表明，性能的提

高可能归因于ITO薄膜中氧空位的变化。对不同空气退火温度的研究发现，后退

火可以有效地改善器件的亚阈值摆幅（SS），120℃的后退火温度下器件的SS为

1.2V/dec。

本文选用Ag、Al、Mo和Ni这四种常用的金属电极作为ITO晶体管的源漏电

2

极，对比它们的电学性能。发现Ni电极晶体管具有41.2cm/Vs的高μFE，0.27

V/dec的小SS和接近于0V的V，并且在正/负栅极偏压（PBS/NBS）测试下具有

th

更小的阈值电压偏移（ΔV），器件的回滞也更小。AFM表明Ni电极具有小的表

th

面粗糙度（~0.35nm），与超薄ITO薄膜的接触更好。

本文使用2nm超薄AlO原位钝化ITO薄膜，发现器件具有良好的μ、显著

xFE

降低的SS、可忽略的回滞，以及显著降低的NBS/PBS测试下的ΔV，在潮湿的

th

空气中存放60天性能不变。通过低频噪声测试发现，器件的陷阱密度显著降低。

深度XPS结果证明，缺陷密度的降低归因于AlOx在退火过程中抑制了氧空位的

形成。

本文对超薄ITO晶体管的制备和性能进行了系统的研究，逐步改善了器件的

电学性能。这项研究为超薄沟道器件的探索提供了重要参考价值。

关键词：超薄ITO晶体管，退火，源漏电极，原位钝化，稳定性

ABSTRACT

Inrecentyears,ultrathinindiumtinoxide(ITO)fieldeffecttransistorshaveattracted

extensiveattentionfromresearchersduetotheiradvantagesofhighmobility,lowpower

consumptionandBEOLcompatibility.Althoughaseriesofprogress