基于HfO2-GPTMS栅绝缘层薄膜晶体管的工艺探究.pdfVIP

摘要

有机-无机杂化技术是一种将有机物质（如有机分子、聚合物）与无机物质

（如金属离子、无机纳米颗粒）结合在一起的技术，由此技术制备的杂化材料可

同时具备两种材料的特性，具有高介电常数、抗弯曲等优点。本文致力于在低温

（≤150℃）条件下制备出一种基于杂化材料的非晶铟镓锡氧薄膜晶体管，为柔性

显示提供一个新的思路。通过溶胶-凝胶法将四氯化铪（HfCl）与三甲氧基硅烷

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（GPTMS）进行杂化交联，在交联过程中杂化溶液内部形成Hf-O-Si键，通过旋

涂法制备成一种新的薄膜材料。通过研究不同的工艺探究杂化薄膜的形成质量，

具体表现为对薄膜晶体管器件的影响，主要研究内容如下：

首先使用SilvacoTCAD对TFT器件进行模拟仿真，对TFT器件进行设计时，

将各功能层材料的缺陷参数考虑在内，并引入了界面态密度等参量，使模拟环境

尽可能符合实验条件。分别对杂化浓度、绝缘层厚度、宽长比进行模拟。通过仿

真发现在两种物质比例为1:1时，器件的沟道载流子浓度最高，载流子迁移率最

高，器件性能最好，在后续实验制备时也采用1:1的浓度比；通过仿真厚度和宽

长比的影响发现，绝缘层厚度越薄，栅极对沟道的控制越强，器件的整体性能越

好，而宽长比的变化会影响载流子的传输情况，对开态电流与载流子迁移率有所

影响。

绝缘层的制备采用溶胶-凝胶法，通过控制无水乙醇的浓度配置不同浓度的杂

化溶液。探究了不同杂化浓度、旋涂次数、旋涂转速、固化氛围、热处理法处理

对TFT器件性能的影响。实验结果表明，当溶液浓度在1:90、旋涂三次、旋涂转

速5000rpm、旋涂时间30s且在空气中固化的TFT器件性能更好。旋涂次数的增

加能够使下一次旋涂时填补因气体挥发产生的孔洞，减少杂化薄膜在固化过程中

因气体挥发产生的孔洞对薄膜质量下降的影响。而较低的旋涂转速下成膜较厚，

器件表现出关闭状态。当转速为6000rpm时，杂化薄膜较薄，在一定程度上放大

了气体挥发的影响，器件性能相对于5000rpm有所降低。实验结果表明，在空气

中固化时，水和氧气参与绝缘层的交联反应，成膜质量更好，在热处理法处理下，

提前挥发交联副产物氯化氢，进一步优化了成膜质量，使得器件的性能达到最佳，

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其载流子迁移率为11.70cm/V·s，开关比达到10。

关键词：有机-无机杂化，溶胶-凝胶法，薄膜晶体管，IGTO

ABSTRACT

Organic-inorganichybridizationtechnologyisatechniquethatcombinesorganic

substances(suchasorganicmolecules,polymers)withinorganicsubstances(suchas

metalions,inorganicnanoparticles).Hybridmaterialspreparedbythistechnologycan

simultaneouslyexhibitthecharacteristicsofbothtypesofmaterials,offeringadvantages

suchashighdielectricconstantandbendresistance.Thispaperfocusesonthelow-

temperature(≤150℃)preparationofAmorphousIndiumGalliumTinOxideThinFilm

Transistorsusingorganic-inorganichybridmaterials,providinganewperspectivefor

flexibledisplays.ByhybridcrosslinkingHfClwithGPTMSthroughthesol-gelmeth