Artykuł metodologiczny

Wpływ parametrów anodowania na warstwę dielektryczną tlenku glinu tranzystorów cienkowarstwowych

DOI:

10.3791/60798

⸱

24 maja 2020

 ,  ,  ,  , 
1School of Technology and Sciences, São Paulo State University - UNESP, 2Scholl of Electronic Engineering, Bangor University, 3Institute of Geosciences and Exact Sciences, São Paulo State University - UNESP

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Parametry anodyzacji dla wzrostu warstwy dielektrycznej tlenku aluminium w tranzystorach cienkowarstwowych (TFT) z tlenku są zróżnicowane w celu określenia wpływu na odpowiedzi parametrów elektrycznych. Analiza wariancji (ANOVA) jest stosowana do projektu eksperymentów Placketta-Burmana (DOE) w celu określenia warunków produkcyjnych, które skutkują optymalizacją wydajności urządzenia.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tlenek glinu (Al2O3) to tani, łatwo przetwarzalny materiał izolacyjny o wysokiej stałej dielektrycznej, który jest szczególnie odpowiedni do stosowania jako warstwa dielektryczna tranzystorów cienkowarstwowych (TFT). Wzrost warstw tlenku glinu w wyniku anodowania metalicznych folii aluminiowych jest bardzo korzystny w porównaniu z zaawansowanymi procesami, takimi jak osadzanie warstw atomowych (ALD) lub metody osadzania, które wymagają stosunkowo wysokich temperatur (powyżej 300 °C), takie jak spalanie wodne lub piroliza natryskowa. Jednak właściwości elektryczne tranzystorów są w dużym stopniu zależne od obecności defektów i stanów zlokalizowanych na granicy faz półprzewodnik/dielektryk, na które duży wpływ mają parametry produkcyjne anodowanej warstwy dielektrycznej. Aby określić, w jaki sposób kilka parametrów produkcyjnych wpływa na wydajność urządzenia bez wykonywania wszystkich możliwych kombinacji czynników, zastosowaliśmy zredukowaną analizę czynnikową opartą na projekcie eksperymentów Placketta-Burmana (DOE). Wybór tego DOE pozwala na użycie tylko 12 eksperymentalnych przebiegów kombinacji czynników (zamiast wszystkich 256 możliwości) w celu uzyskania zoptymalizowanej wydajności urządzenia. Uszeregowanie czynników pod względem wpływu na reakcje urządzeń, takich jak mobilność TFT, jest możliwe dzięki zastosowaniu analizy wariancji (ANOVA) do uzyskanych wyników.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elastyczna, drukowana i wielkopowierzchniowa elektronika to wschodzący rynek, który w nadchodzących latach ma przyciągnąć miliardy dolarów inwestycji. Aby spełnić wymagania sprzętowe nowej generacji smartfonów, płaskich wyświetlaczy i urządzeń Internetu rzeczy (IoT), istnieje ogromne zapotrzebowanie na materiały, które są lekkie, elastyczne i mają przepuszczalność optyczną w widmie widzialnym bez poświęcania szybkości i wysokiej wydajności. Kluczową kwestią jest znalezienie alternatywy dla krzemu amorficznego (a-Si) jako aktywnego materiału tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) stosowanych w obwodach napędowych większości obecnych wyświetlaczy z aktywną matrycą (AMD). a-Si ma niską kompatybilność z elastycznymi i przezroczystymi podłożami, stwarza ograniczenia w przetwarzaniu dużych powierzchni i ma mobilność nośnej około 1 cm2∙V-1∙s-1, co nie jest w stanie zaspokoić potrzeb rozdzielczości i częstotliwości odświeżania dla wyświetlaczy nowej generacji. Półprzewodnikowe tlenki metali (SMO), takie jak tlenek (ZnO)1,2,3, tlenek indu (IZO)4,5 i tlenek indowo-galowego (IGZO)6,7 są dobrymi kandydatami do zastąpienia a-Si jako aktywna warstwa TFT, ponieważ są wysoce przezroczyste w widmie widzialnym, są kompatybilne z elastyczne podłoża i osadzanie na dużych powierzchniach i mogą osiągnąć mobilność do 80 cm2∙V-1∙s-1. Co więcej, SMO mogą być przetwarzane różnymi metodami: napylanie RF class6 , pulsacyjne osadzanie laserowe (PLD)8, chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)9, osadzanie warstwy atomowej (ALD)10, spin-coating11, druk atramentowy12 i piroliza natryskowa13.

Jednak kilka wyzwań, takich jak kontrola wewnętrznych defektów, niestabilności stymulowanych powietrzem/UV i tworzenie zlokalizowanych stanów interfejsu półprzewodnikowego/dielektrycznego, nadal musi zostać pokonanych, aby umożliwić produkcję na dużą skalę obwodów składających się z TFT opartych na SMO. Wśród pożądanych cech wysokowydajnych wyświetlaczy TFT można wymienić niski pobór mocy, niskie napięcie robocze, niski prąd upływu bramki, stabilność napięcia progowego i pracę w szerokim paśmie częstotliwości, które są niezwykle zależne od dielektryków bramki (a także interfejsu półprzewodnik/izolator). W tym sensie, materiały dielektryczne o wysokim κ14,15,16 są szczególnie interesujące, ponieważ zapewniają duże wartości pojemności na jednostkę powierzchni i niskie prądy upływu przy użyciu stosunkowo cienkich warstw. Tlenek glinu (Al2O3) jest obiecującym materiałem dla warstwy dielektrycznej TFT, ponieważ charakteryzuje się wysoką stałą dielektryczną (od 8 do 12), wysoką wytrzymałością dielektryczną, wysoką rezystywnością elektryczną, wysoką stabilnością termiczną i może być przetwarzany jako niezwykle cienkie i jednolite warstwy za pomocą kilku różnych technik osadzania/wzrostu15,17,18,19,20,21. Dodatkowo aluminium jest trzecim najobficiej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, co oznacza, że jest łatwo dostępne i stosunkowo tanie w porównaniu z innymi pierwiastkami używanymi do produkcji dielektryków o wysokiej zawartości potasu.

Chociaż osadzanie/wzrost cienkich warstw Al2O3 (poniżej 100 nm) można z powodzeniem osiągnąć za pomocą technik takich jak rozpylanie magnetronowe RF, chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD), osadzanie warstwy atomowej (ALD), wzrost przez anodowanie cienkiej warstwy metalicznej warstwy Al17,18,21,22,23,24,25,26 jest szczególnie interesujący dla elastycznej elektroniki ze względu na swoją prostotę, niski koszt, niską temperaturę i kontrolę grubości warstwy w skali nanometrycznej. Poza tym anodyzacja ma ogromny potencjał w przetwarzaniu roll-to-roll (R2R), które można łatwo dostosować do technik przetwarzania już stosowanych na poziomie przemysłowym, co pozwala na szybkie skalowanie produkcji.

Al2O3 wzrost przez anodowanie metalicznego Al można opisać następującymi równaniami

2Al + 3 / 2 02 → Al2O3 (1)

2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2 (2)

gdzie tlen jest dostarczany przez tlen rozpuszczony w roztworze elektrolitu lub przez zaadsorbowane cząsteczki na powierzchni filmu, podczas gdy cząsteczki wody są natychmiast dostępne z roztworu elektrolitu. Chropowatość anodyzowanej folii (która wpływa na ruchliwość TFT w wyniku rozpraszania nośnika na granicy półprzewodnik/dielektryk) oraz gęstość stanów zlokalizowanych na granicy faz półprzewodnik/dielektryk (co wpływa na napięcie progowe TFT i histerezę elektryczną) są silnie zależne od parametrów procesu anodowania, by wymienić tylko kilka: zawartość wody, temperaturę i pH elektrolitu24, 27. Inne czynniki związane z osadzaniem warstwy Al (takie jak szybkość parowania i grubość metalu) lub z procesami po anodowaniu (takimi jak wyżarzanie) mogą również wpływać na wydajność elektryczną wytwarzanych TFT. Wpływ tych wielu czynników na parametry odpowiedzi można badać, zmieniając każdy czynnik indywidualnie, przy jednoczesnym utrzymaniu wszystkich innych czynników na stałym poziomie, co jest niezwykle czasochłonnym i nieefektywnym zadaniem. Z drugiej strony Design of experiments (DOE) jest metodą statystyczną opartą na jednoczesnej zmienności wielu parametrów, która pozwala na identyfikację najważniejszych czynników wpływających na odpowiedź na wydajność systemu/urządzenia przy użyciu stosunkowo zmniejszonej liczby eksperymentów28.

Ostatnio użyliśmy analizy wielowymiarowej opartej na klasie Plackett-Burman29 DOE do analizy wpływu parametrów anodyzacji Al2O3 na wydajność napylanych TFT ZnO18. Uzyskane wyniki wykorzystano do znalezienia najistotniejszych czynników dla kilku różnych parametrów odpowiedzi i zastosowano do optymalizacji pracy urządzenia, zmieniając tylko parametry związane z procesem anodowania warstwy dielektrycznej.

Obecna praca przedstawia cały protokół produkcji TFT z wykorzystaniem anodyzowanych folii Al2O3 jako dielektryków bramek, a także szczegółowy opis do badania wpływu parametrów wielokrotnej anodyzacji na wydajność elektryczną urządzenia za pomocą DOE Plackett-Burman. Znaczenie wpływu na parametry odpowiedzi TFT, takie jak ruchliwość nośnika, określa się poprzez przeprowadzenie analizy wariancji (ANOVA) w stosunku do wyników uzyskanych z eksperymentów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół opisany w niniejszej pracy dzieli się na: i) przygotowanie roztworu elektrolitycznego do anodowania; ii) oczyszczanie i przygotowanie podłoża; iii) proces anodyzacji; iv) osadzanie warstwy aktywnej TFT i elektrod drenujących/źródłowych; v) charakterystykę i analizę elektryczną TFT oraz vi) zastosowanie ANOVA do określenia znaczenia czynników produkcyjnych w mobilności TFT.

1. Przygotowanie roztworu elektrolitycznego do anodowania

  1. Wszystkie procedury opisane w protokole należy wykonać w pomieszczeniu czystym lub komorze z przepływem laminarnym, aby uniknąć pyłu lub zanieczyszczeń podczas przygotowywania próbki.
  2. Przygotować dwa roztwory kwasu winowego (0,1 M) w różnych proporcjach objętości woda/glikol etylenowy (16% i 30%), które zostaną użyte jako roztwór elektrolityczny do anodowania. Wykorzystaj zawartość wody w roztworze elektrolitycznym jako parametr produkcyjny warstwy anodowanej.
  3. W zlewce o pojemności 150 ml rozpuść 1,5 g kwasu winowego w 16 ml wody dejonizowanej i 84 ml glikolu etylenowego, aby uzyskać 16% wodny roztwór podstawowy elektrolitu. Aby uzyskać 30% wodny roztwór podstawowy elektrolitu, użyj 1,5 g kwasu winowego, 30 ml wody dejonizowanej i 70 ml glikolu etylenowego. Mieszaj oba roztwory za pomocą pręta magnetycznego przez 30 minut.
  4. Oddzielić około 10-20 ml roztworu wodorotlenku amonu (NH4OH) (zakupionego, 28 – 30% objętości NH3) w zlewce o pojemności 20 ml, aby dokonać zgrubnej regulacji pH roztworu elektrolitycznego.
  5. Przygotować 80 ml rozcieńczonego roztworu (około 2% objętości) z oryginalnego roztworu NH4OH w celu dokładnej kontroli pH roztworu elektrolitycznego.
  6. Oddzielić roztwór elektrolitu do zlewki o pojemności 150 ml, aby dostosować pH roztworu.
  7. Zmierzyć pH roztworu elektrolitycznego za pomocą pH-metru laboratoryjnego. Rozpocznij pipetowanie bardziej stężonego NH4OH, aż pH zbliży się do pożądanego pH (5 lub 6).
  8. Odpipetować bardziej rozcieńczony roztwór NH4OH do roztworu elektrolitycznego, aż pH zostanie ustawione na żądaną wartość. Przygotować roztwory elektrolitów o wartościach pH 5 i 6, aby zbadać wpływ na proces anodowania.

2. Czyszczenie i przygotowanie podłoża

  1. Jako podłoża należy użyć szkiełek o wymiarach 20 mm x 25 mm (o grubości 1,1 mm).
  2. Sonikować szkiełka w podgrzanym (60 °C) alkalicznym roztworze detergentu (5% w wodzie dejonizowanej) przez 15 minut. Spłukać obficie w wodzie dejonizowanej i wysuszyć w czystym, suchym powietrzu (CDA) lub azocie.
  3. Sonikować szkiełka w acetonie (odczynnik klasy ACS lub wyższej) przez 5 minut. Wysuszyć podłoża w CDA lub azocie.
  4. Sonikować szkiełka w izopropanolu (odczynnik klasy ACS lub wyższej) przez 5 minut. Wysuszyć podłoża w CDA lub azocie.
  5. Włóż substraty do komory myjki plazmowej, zamknij pokrywę i opróżnij komorę za pomocą pompy próżniowej.
  6. Po osiągnięciu podciśnienia włącz generator RF o średniej mocy (10.5 W) na 5 minut. Po oczyszczeniu plazmowym podłoża są gotowe do osadzania bramek aluminiowych.

3. Parowanie elektrody aluminiowej

  1. Włóż szklane szkiełka do mechanicznych masek cieni, aby nałożyć aluminiowy pasek o wymiarach 25 x 3 mm. Ten aluminiowy pasek będzie używany jako elektroda bramki TFT, a warstwa tlenku glinu utworzona przez anodowanie będzie warstwą dielektryczną TFT. Przykładowy projekt maski cienia dla elektrody bramkowej znajduje się w plikach uzupełniających.
  2. Umieść podłoża z maską cienia w komorze termicznej komory parowania w celu osadzenia warstwy aluminium. Zamknij komorę. Rozpocznij procedurę opróżniania komory. Poczekaj, aż ciśnienie w komorze spadnie poniżej 2,0 x 10-6 mbar, aby rozpocząć parowanie termiczne.
  3. Umieść warstwę aluminium. Użyj dwóch różnych grubości (60 nm i 200 nm), aby ocenić wpływ na warstwę dielektryczną. Użyj dwóch różnych szybkości parowania: 5 A/s i 15 A/s, aby zbadać wpływ szybkości parowania Al.
  4. Usunąć próbki z komory parowania po odparowaniu aluminium.
  5. Zdejmij szkiełka z aluminiowym paskiem z masek i sprawdź, czy warstwa aluminium została prawidłowo osadzona. Elektroda jest gotowa do procesu anodowania.

4. Proces anodowania warstwy aluminium

  1. Przymocuj dwa łączniki zacisku krokodylkowego w plastikowej pokrywie, która pasuje do zlewki. Ta pokrywka może być drukowana w 3D.
  2. Podłącz jeden ze złączy zaciskowych do aluminiowej listwy szklanej prowadnicy, a drugi do pozłacanej blachy ze stali nierdzewnej (grubość 0,8 mm, 20 x 25 mm). Obie elektrody są skierowane do siebie w odległości około 2 cm.
  3. Użyć około 150 ml roztworu elektrolitycznego (po dostosowaniu pH) do zlewki o pojemności 150 ml. Użyj małego pręta magnetycznego, aby wymieszać roztwór podczas procedury anodowania.
  4. Umieść zlewkę na mieszadle magnetycznym z podgrzewaniem. Dostosuj temperaturę do żądanej wartości (w bieżącym artykule zastosowano 40 °C i 60 °C).
  5. Zanurz elektrody w roztworze elektrolitycznym, przykrywając zlewkę plastikową pokrywką przymocowaną do złączy zaciskowych.
  6. Podłącz elektrodę aluminiową do wyjścia dodatniego, a pozłacaną elektrodę ze stali nierdzewnej do ujemnego wyjścia źródła prądu/napięcia i jednostki pomiarowej (SMU).
  7. Oblicz zanurzony obszar elektrody aluminiowej i zastosuj stały prąd odpowiadający pożądanej gęstości prądu (użyliśmy dwóch wartości 0,45 mA/cm2 i 0,65 mA/cm2) i monitoruj liniowy wzrost napięcia aż do ustalonej wartości końcowej (użyliśmy VF = 30 V i VF = 40 V).
  8. Po osiągnięciu napięcia końcowego przełącz SMU ze źródła prądu na źródło napięcia i przyłóż stałe napięcie (równe napięciu końcowemu) przez czas wystarczająco długi, aby prąd spadł prawie do zera (około 5 min). Użyj skryptu w Pythonie 2.7, aby automatycznie sterować SMU podczas procesu anodowania. Kopia tego skryptu jest dostępna w sekcji plików uzupełniających.
  9. Wyjmij elektrody z roztworu elektrolitycznego, spłucz obficie wodą dejonizowaną, osusz CDA lub azotem i przechowuj szklane podłoża Al/Al2O3 do czasu użycia.
  10. Aby zaobserwować wpływ wyżarzania na warstwę dielektryczną, należy wyżarzać podłoża w piecu w temperaturze 150 °C przez 1 godzinę.

5. Osadzanie warstwy aktywnej ZnO

  1. Umieść podłoża z warstwą anodowanego tlenku glinu w odpowiednich mechanicznych maskach cieni do aktywnego osadzania warstwy.
  2. Umieść podłoża z maskami w komorze systemu napylania. Użyj celu rozpylania ZnO (99,9%). Zamknąć komorę i rozpocząć procedurę ewakuacji.
  3. Dostosuj ciśnienie Ar do 1,2 x 10-2 Torr, a moc RF do 75 W i rozpocznij osadzanie ZnO. Kontroluj szybkość stapiania na poziomie 0,5 A/s. Zatrzymaj osadzanie ZnO, gdy grubość warstwy aktywnej osiągnie 40 nm.
  4. Otwórz komorę i usuń próbki.

6. Osadzanie elektrod drenujących i źródłowych

  1. Umieść próbki z rozpyloną warstwą ZnO w odpowiednich mechanicznych maskach cieni do osadzania elektrod źródłowych/drenujących TFT. Odpowiedni odstęp między elektrodami drenującymi i źródłowymi wynosi 100 μm, z bocznym zachodzeniem na siebie 5 mm. Szablon projektu maski odpływu/źródła jest dostarczany z plikami uzupełniającymi. W takiej konfiguracji należy zauważyć, że zarówno elektrody drenu, jak i źródła są identyczne i mogą być wymienne bez zmiany pracy urządzenia.
  2. Umieścić próbki przymocowane do masek cieniujących w komorze systemu termicznego odparowywania i rozpocząć procedurę odparowywania aluminium.
  3. Osadź warstwę Al o długości 100 nm z szybkością osadzania 5 A/s, aby uzyskać elektrody drenujące/źródłowe na wierzchu warstwy aktywnej, kończąc procedurę wytwarzania TFT.
  4. Wyjmij wyświetlacze TFT z komory parowania, sprawdź jakość osadzonych elektrod i przechowuj je chronione przed światłem do czasu użycia.

7. Charakterystyka elektryczna TFT

  1. Umieść wyświetlacze TFT na półprzewodnikowej stacji sondy lub niestandardowym uchwycie na próbkę. Podłącz elektrody zasuwy, odpływu i źródła za pomocą złączy sprężynowych do styków elektrycznych.
  2. Podłącz sondy do dwukanałowej jednostki pomiarowej źródła (zalecany Keithley 2612B lub podobny). Podłącz elektrodę bramki do "wysokiego" wyjścia/wejścia kanału 1, a elektrodę drenującą (lub źródłową) do "wysokiego" wyjścia/wejścia kanału 2. Zewrzyj "niskie" zaciski wyjściowe/wejściowe obu kanałów i elektrodę źródłową (lub drenującą), która pozostała odłączona.
  3. Uzyskaj charakterystyczne krzywe TFT. Uzyskaj krzywą wyjściową, przykładając polaryzację stałego napięcia na bramce (Vg) i zamiatając napięcie dren-źródło (VDS) i rejestrując prąd dren-źródło (IDS). Krzywą przenoszenia należy uzyskać, rejestrując prąd dren-źródło (IDS) przy jednoczesnym zamiataniu napięcia bramki (Vg) i utrzymywaniu stałego napięcia dren-źródło (VDS).
  4. Wykreślić pierwiastek kwadratowy prądu drenu w funkcji napięcia bramki ((IDS)1/2 w stosunku do Vg) i uzyskać ruchliwość nośnika w reżimie nasycenia (μs) z nachylenia krzywej i napięcia progowego z punktu przecięcia osi x liniowej części krzywej.
  5. W razie potrzeby określ inne parametry wydajności na podstawie krzywych tranzystorów, jak opisano w innym miejscu18.

8. ANOVA i wpływ czynników projektowych na wydajność urządzenia

  1. Użyj oprogramowania, aby ustawić projekt eksperymentu (DOE) na podstawie macierzy Pliske-Burman, biorąc pod uwagę 8 czynników produkcyjnych. Użyliśmy Chemoface, który jest darmowym, przyjaznym dla użytkownika oprogramowaniem opracowanym przez Federalny Uniwersytet Lavras (UFLA), Brazylia30.
  2. Jako czynniki należy użyć parametrów anodowania: i) grubości warstwy Al; (ii) szybkość parowania Al; iii) zawartość wody w roztworze elektrolitycznym; iv) temperatura elektrolitu; v) pH roztworu elektrolitycznego; vi) gęstość prądu podczas anodowania; vii) temperatura wyżarzania i viii) końcowe napięcie anodowania.
  3. Dla każdego czynnika należy wziąć pod uwagę dwa poziomy, zgodnie z tabelą 1.
  4. Zmontuj stół obliczeniowy Plackett-Burman wspomagany przez oprogramowanie DOE, jak podano w Tabeli 2.
  5. Przygotuj wyświetlacze TFT, zmieniając parametry produkcyjne zgodnie z 12 wygenerowanymi "przebiegami" z tabeli 2. Każdy przebieg zapewnia reprezentatywną zmienność czynników produkcyjnych bez konieczności wykonywania wszystkich 256 (2,8) możliwych kombinacji dla dwupoziomowego, ośmioparametrowego eksperymentu.
  6. Wprowadź do tabeli DOE z oprogramowania dane dotyczące wydajności z charakterystyki TFT (np. mobilność TFT w nasyceniu) zgodnie ze wskazówkami produkcyjnymi dla każdej serii.
  7. Dodaj jak najwięcej powtórzeń z różnych urządzeń korzystających z tych samych współczynników produkcyjnych, aby zwiększyć liczbę stopni swobody dla analizy.
  8. Wykonaj ANOVA na podstawie danych i przeanalizuj dane wyjściowe, aby określić, które parametry anodowania mają największy wpływ na wydajność TFT.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Osiem różnych parametrów produkcji warstwy tlenku glinu zostało użytych jako czynniki produkcyjne, które wykorzystaliśmy do analizy wpływu na wydajność TFT. Czynniki te są wymienione w tabeli 1, gdzie przedstawiono odpowiednie wartości "niskie" (-1) i "wysokie" (+1) dla dwupoziomowego DOE silniowego.

Dla uproszczenia, każdy czynnik produkcyjny był nazwany wielką literą (A, B, C itd.) i odpowiadającym mu "niskim" lub "wysokim" poziomem reprezentowanym odpowiednio przez -1 i +1....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Proces anodowania stosowany do uzyskania dielektryka ma duży wpływ na wydajność wytwarzanych TFT, utrzymując stałe wszystkie parametry geometryczne i parametry produkcyjne substancji czynnej. W przypadku mobilności TFT, która jest jednym z najważniejszych parametrów wydajności TFT, może się ona różnić o więcej niż 2 rzędy wielkości w wyniku zmiany czynników produkcyjnych w zakresie podanym w tabeli I. Dlatego dokładna kontrola parametrów anodowania ma ogromne znaczenie przy wytwarzaniu urządzeń zawierających anodowane di...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe od Fundacji Badawczej São Paulo – FAPESP – Brazylia (granty 19/05620-3, 19/08019-9, 19/01671-2, 16/03484-7 i 14/13904-8) oraz Research Collaboration Program Newton Fund od Royal Academy of Engineering. Autorzy dziękują również za wsparcie techniczne ze strony B. F. da Silvy, J.P. Bragi, J.B. Cantuarii, G.R. de Limy i G.A. de Limy Sobrinho oraz grupy prof. Marcelo de Carvalho Borby (IGCE/UNESP) w zakresie udostępnienia sprzętu do filmowania.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
AcetonLabSynthA1017Odczynnik ACS klasy
Aluminium (Al) Drut do odparowywaniaKurt J. Lesker CompanyEVMAL40060Średnica 1,5 mm (0,060") 1lb; 99,99%
roztwór wodorotlenku amonuSigma Aldrich338818odczynnik ACS, 28,0-30,0% na bazie NH3
Chemoface - Oprogramowanie do ustawiania projektu eksperymentu (DOE)Uniwersytet Federalny w Lavras (UFLA), BrazyliaDarmowe oprogramowanie opracowane przez Federal University of Lavras (UFLA), Brazylia - http://www.ufla.br/chemoface/
Detergent czyszczącySigma AldrichAlconox Alkalicznydetergent do czyszczenia podłoży
Glikol etylenowySigma Aldrich102466ReagentPlus, ≥ 99%
IsopropanolLabSynthA1078Klasa odczynnika ACS
Podłoża szklaneSzkiełka mikroskopowe Sigma AldrichCLS294775X50Corning, zwykły
kwas L-(+)-winowySigma AldrichT109≥ 99,5%
Mechaniczna maska cienia do osadzania napylonej warstwy aktywnej ZnOLasertools, Brazylianiestandardowa maska10 mm x 10 mm kwadrat.
Mechaniczna maska cienia do elektrody bramki TFTLasertools, Brazylianiestandardowa maska25 mm długi pasek, 3 mm szerokości.
Mechaniczna maska cienia do elektrod źródłowych/drenujących TFTLasertools, Brazylianiestandardowa maska100 i mikro; m pasków, oddzielonych od siebie 100 &mikro; m odstępu, zakładka 5 mm
Myjka plazmowaMTIPDC-32GMyjka plazmowa Campact z pompą próżniową
System napylania napylaniaHHVAuto 500System napylania RF z kontrolą grubości i szybkości stapiania
Płyta mieszającaSun ValleyMS300Płyta mieszająca z regulacją ogrzewania
Parownik termicznyHHVAuto 306posiada precyzyjny czujnik do pomiaru grubości i szybkości osadzania cienkich warstw
Dwukanałowa jednostka pomiarowa źródłoKeithley2410Keithley model 2410 lub podobny / do procesu anodowania
Dwukanałowa jednostka pomiarowa źródło i pomiarKeithley2612BDwukanałowa jednostka źródłowo-pomiarowa (SMU) do pomiarów TFT
Kąpiel ultradźwiękowaSoni-techSoni-top 402AKąpiel ultradźwiękowa z kontrolą ogrzewania
Tarcze do rozpylania tlenku (ZnO)Kurt J. Lesker CompanyEJTZNOX304A33,0 "Średnica x 0,250" Grubość; 99,9%

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fortunato, E. M. C., et al. Fully Transparent ZnO Thin-Film Transistor Produced at Room Temperature. Advanced Materials. 17 (5), 590-594 (2005).
  2. Fortunato, E. M. C., et al. Wide-bandgap high-mobility ZnO thin-film transistors produced at room temperature. Applied Physics Letters. 85 (13), 2541-2543 (2004).
  3. Nomura, K., et al. Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent oxide semiconductor. Science. 300 (5623), 1269-1272 (2003).
  4. Noviyana, I., et al. High Mobility Thin Film Transistors Based on Amorphous Indium Zinc Tin Oxide. Materials. 10 (7), (2017).
  5. Nomura, K., et al. Amorphous Oxide Semiconductors for High-Performance Flexible Thin-Film Transistors. Japanese Journal of Applied Physics. 45 (5), 4303-4308 (2006).
  6. Kamiya, T., Nomura, K., Hosono, H. Present status of amorphous In-Ga-Zn-O thin-film transistors. Science and Technology of Advanced Materials. 11 (4), 044305(2010).
  7. Lin, C. I., Fang, Y. K., Chang, W. C. The IGZO fully transparent oxide thin film transistor on glass substrate. International Journal of Nanotechnology. 12, 3(2015).
  8. Craciun, V., et al. Optical properties of amorphous indium zinc oxide thin films synthesized by pulsed laser deposition. Applied Surface Science. 306, 52-55 (2014).
  9. Suh, S., Hoffman, D. M. A new metal-organic precursor for the low-temperature atmospheric pressure chemical vapor deposition of zinc oxide. Journal of Materials Science Letters. 8, 789-791 (1999).
  10. Lin, Y. -Y., Hsu, C. -C., Tseng, M. -H., Shyue, J. -J., Tsai, F. -Y. Stable and High-Performance Flexible ZnO Thin-Film Transistors by Atomic Layer Deposition. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (40), 22610-22617 (2015).
  11. Walker, D. E., et al. High mobility indium zinc oxide thin film field-effect transistors by semiconductor layer engineering. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (12), 6835-6841 (2012).
  12. Meyers, S. T., et al. Aqueous Inorganic Inks for Low-Temperature Fabrication of ZnO TFTs. Journal of the American Chemical Society. 130 (51), 17603-17609 (2008).
  13. Krunks, M., Mellikov, E. Zinc oxide thin films by the spray pyrolysis method. Thin Solid Films. 270 (1-2), 33-36 (1995).
  14. Adamopoulos, G., Thomas, S., Bradley, D. D. C., McLachlan, M. A., Anthopoulos, T. D. Low-voltage ZnO thin-film transistors based on Y2O3 and Al2O3 high-k dielectrics deposited by spray pyrolysis in air. Applied Physics Letters. 98 (12), 123503(2011).
  15. Branquinho, R., et al. Aqueous combustion synthesis of aluminum oxide thin films and application as gate dielectric in GZTO solution-based TFTs. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (22), 19592-19599 (2014).
  16. Shan, F., et al. Low-Voltage High-Stability InZnO Thin-Film Transistor Using Ultra-Thin Solution-Processed ZrOx Dielectric. Journal of Display Technology. 11 (6), 541-546 (2015).
  17. Lin, Y., et al. A Highly Controllable Electrochemical Anodization Process to Fabricate Porous Anodic Aluminum Oxide Membranes. Nanoscale Research Letters. 10 (1), 495(2015).
  18. Gomes, T. C., Kumar, D., Fugikawa-Santos, L., Alves, N., Kettle, J. Optimization of the Anodization Processing for Aluminum Oxide Gate Dielectrics in ZnO Thin Film Transistors by Multivariate Analysis. ACS Combinatorial Science. , (2019).
  19. Min, L., et al. Dual Gate Indium-Zinc Oxide Thin-Film Transistors Based on Anodic Aluminum Oxide Gate Dielectrics. IEEE Transactions on Electron Devices. 61 (7), 2448-2453 (2014).
  20. Liu, A., et al. Eco-friendly water-induced aluminum oxide dielectrics and their application in a hybrid metal oxide/polymer TFT. RSC Advances. 5 (105), 86606-86613 (2015).
  21. Berndt, L. Anodization of Aluminum in Highly Viscous Phosphoric Acid. PART 2: Investigation of Anodic Oxide Formation and Dissolution Rates. International Journal of Electrochemical Science. , 9531-9550 (2018).
  22. Huang, S. Z., Hwu, J. G. Electrical characterization and process control of cost-effective high-k aluminum oxide gate dielectrics prepared by anodization followed by furnace annealing. IEEE Transactions on Electron Devices. 50 (7), 1658-1664 (2003).
  23. Iino, Y., et al. Organic Thin-Film Transistors on a Plastic Substrate with Anodically Oxidized High-Dielectric-Constant Insulators. Japanese Journal of Applied Physics. 42, Part 1, No. 1 299-304 (2003).
  24. Hickmott, T. W. Electrolyte effects on charge, polarization, and conduction in thin anodic Al2O3 films. I. Initial charge and temperature-dependent polarization. Journal of Applied Physics. 102 (9), 093706(2007).
  25. Majewski, L. A., Schroeder, R., Grell, M. One Volt Organic Transistor. Advanced Materials. 17 (2), 192-196 (2005).
  26. Hickmott, T. W. Temperature dependence of the dielectric response of anodized Al-Al2O3-metal capacitors. Journal of Applied Physics. 93 (6), 3461-3469 (2003).
  27. Hickmott, T. W. Interface states at the anodized Al2O3-metal interface. Journal of Applied Physics. 89 (10), 5502-5508 (2001).
  28. Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. DOE Simplified: Practical Tools for Effective Experimentation. , CRC Press. Boca Raton. (2015).
  29. Ferreira, S. L. C., et al. Robustness evaluation in analytical methods optimized using experimental designs. Microchemical Journal. 131, 163-169 (2017).
  30. Nunes, C. A., Freitas, M. P., Pinheiro, A. C. M., Bastos, S. C. Chemoface: a novel free user-friendly interface for chemometrics. Journal of the Brazilian Chemical Society. 23 (11), 2003-2010 (2012).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Plan Placketta Burmanacharakterystyka elektrycznaczyszczenie pod o ajednostka pomiaru r d a SMUanaliza krzywej przenoszeniamobilno TFT

Powiązane artykuły