阳极氧化参数对薄膜晶体管中氧化铝介电层的影响

以下是该实验方案的概述。首先，我们准备电解液，将水、乙二醇和酒石酸混合。随后，需要通过在碱性洗涤剂溶液、丙酮和异丙醇中超声处理对基底玻璃片进行清洗，然后进行射频等离子体清洗。

薄膜晶体管的构建是通过将铝电极沉积到洁净的玻璃基底上完成的。随后进行阳极氧化，溅射氧化锌有源层，并通过热蒸发形成漏极和源极电极。铝的阳极氧化过程是将覆有铝层的玻璃基底以及连接至源表测量单元的镀金不锈钢片浸入电解液中进行的。

该过程首先在系统中施加恒定电流，电压线性增加，直至达到决定氧化层厚度的最终电压。随后，保持电压恒定，直至流经系统的电流降至零。通过将双通道源测量单元连接至薄膜晶体管的栅极、漏极和源极电极，对其进行电学表征。

通过在恒定的漏源电压下改变栅极电压并测量漏源电流，可以获得转移曲线。薄膜晶体管（TFT）的转移曲线可用于确定电迁移率。Plackett-Burman 实验设计通过标记阳极氧化因素来进行，这些因素根据实验条件从低水平变化到高水平。

Placket-Burman 矩阵由十二次实验运行组成，对应于阳极氧化因素在预定水平下的不同组合。本文介绍了一种使用阳极氧化铝作为栅极介电层制备氧化锌锡填充晶体管的方案。我们证明了仅通过改变栅极介电层的阳极氧化工艺参数即可优化薄膜晶体管（TFTS）的性能。

通过将84 mL乙二醇与1.5 g酒石酸混合来制备电解液。然后向溶液中加入16 mL去离子水，轻轻摇动溶液。随后，搅拌溶液约30分钟，直至酒石酸完全溶解。

配制两种氨水储备液，用于调节电解质的pH值。其中较浓的溶液浓度约为28%，较稀的溶液浓度约为2%。首先使用较浓的氨水溶液进行pH的粗调。当pH接近目标值（5或6）时，改用较稀的溶液进行精细调节。

基底清洗程序首先将玻璃基底在碱性洗涤剂溶液中进行超声处理，溶液浓度为体积比5%，温度16摄氏度，持续50分钟。随后，用去离子水充分冲洗基底，以去除任何残留物。使用洁净、干燥的空气或氮气吹干基底。

将干燥的基底再次在丙酮中超声处理五分钟。从丙酮中取出后，在洁净干燥的空气或氮气中再次干燥。再在异丙醇中超声处理五分钟。

从异丙醇中取出，并重复干燥步骤。将基底装入射频等离子清洗机中，并抽真空。当达到真空后，以中等功率开启射频，持续五分钟，完成清洗过程。

从等离子清洗机中取出基底，并将其装入样品架中，使用合适的遮蔽掩模以进行铝栅极电极的热蒸发。该遮蔽掩模为不锈钢激光切割片，用于确定铝栅极电极的面积。将载玻片插入热蒸发腔室，并启动沉积程序。

通过精确控制蒸发速率和薄膜的最终厚度来沉积铝栅极电极。蒸发完成后，将样品从腔室中取出，并检查电极是否已正确沉积。

铝栅电极的阳极氧化过程首先将镀铝的玻璃片和镀金的不锈钢片连接到夹具连接器上。然后，将电极浸入电解液中，并将电缆连接至源测量单元。对电极施加恒定电流。

电压降必须呈线性增加，以表明氧化铝的生长过程正常进行。当达到预设的最终电压后，将源表（SMU）切换至恒压模式，并等待电流降至零。完成阳极氧化过程后，用去离子水充分冲洗基底。

最后在干燥、洁净的空气或氮气中干燥基底。晶体管有源层的沉积是通过将带有阳极氧化铝氧化层的基底插入适当的遮蔽掩模中完成的。这些掩模可在溅射沉积过程中选择性地遮盖氧化锌区域。

将样品插入该溅射腔室并启动沉积过程。控制溅射沉积速率以及薄膜晶体管有源层的最终厚度。溅射沉积完成后，从腔室中取出样品，并为源极和漏极电极的热蒸发做准备。

通过热蒸发法并使用适当的遮蔽掩模蒸发铝制漏极和源极电极，完成晶体管的制备。所用的掩模设计可在每个衬底上制备三个晶体管。将样品插入蒸发腔室，并启动沉积程序。

在铝制漏极和源极电极蒸发完成后，将样品从腔室中取出。取下样品上的掩模，检查电极情况。晶体管已准备好进行电学表征。

通过使用弹簧探针连接器与漏极、源极和栅极电极接触，对薄膜晶体管（TFT）进行电学表征。因此，将电极连接至双通道源测量单元。通过对外加偏压的漏极和源极电极以及栅极电极进行极化，并测量沟道电流，获得晶体管的特性曲线。

通过绘制薄膜晶体管（TFT）的转移曲线以及漏极电流的平方根随栅极电压变化的曲线，来分析TFT的电学参数。该曲线的斜率可用于确定器件的迁移率。曲线斜率与X轴的交点定义了TFT的阈值电压。

通过化学计量学分析软件（如 Chemoface）可对 Plackett-Burman 实验设计获得的结果曲线进行分析。选择实验设计并输入数据，计算各阳极氧化参数对应的效应值，并通过绘制效应值的帕累托图对结果进行分析。

帕累托图能够让您根据特定器件响应参数（如薄膜晶体管迁移率）的影响程度，对阳极氧化因素进行排序。因此，Plackett-Burman 方法因多种原因而具有实用价值。首先，它可让您系统且同时地研究多个不同因素。

并且通过使用方差分析（ANOVA）和回归分析等统计方法，您可以量化并理解影响阳极氧化过程的最重要和最不重要的因素。因此，我们认为Plackett-Burman方法在印刷电子领域具有重要价值。该方法能够快速有效地筛选多个不同因素，并以系统且高效的方式优化这些因素。

尽管我们开发了这种阳极氧化方法，但它也可用于印刷电子器件开发的许多其他领域。