Name: Wpływ parametrów anodowania na warstwę dielektryczną tlenku glinu tranzystorów cienkowarstwowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 32 s
Description: Poznaj proces anodyzacji aluminium do tworzenia warstw dielektrycznych w tranzystorach cienkowarstwowych ZnO. Metoda Plackett-Burmana optymalizuje parametry produkcji dla lepszej wydajności urządzeń.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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
<ol>
	<li>Wszystkie procedury opisane w protokole należy wykonać w pomieszczeniu czystym lub komorze z przepływem laminarnym, aby uniknąć pyłu lub zanieczyszczeń podczas przygotowywania próbki.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Przygotować 80 ml rozcieńczonego roztworu (około 2% objętości) z oryginalnego roztworu NH4OH w celu dokładnej kontroli pH roztworu elektrolitycznego.</li>
	<li>Oddzielić roztwór elektrolitu do zlewki o pojemności 150 ml, aby dostosować pH roztworu.</li>
	<li>Zmierzyć pH roztworu elektrolitycznego za pomocą pH-metru laboratoryjnego. Rozpocznij pipetowanie bardziej stężonego NH4OH, aż pH zbliży się do pożądanego pH (5 lub 6).</li>
	<li>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.</li>
</ol>
2. Czyszczenie i przygotowanie podłoża
<ol>
	<li>Jako podłoża należy użyć szkiełek o wymiarach 20 mm x 25 mm (o grubości 1,1 mm).</li>
	<li>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.</li>
	<li>Sonikować szkiełka w acetonie (odczynnik klasy ACS lub wyższej) przez 5 minut. Wysuszyć podłoża w CDA lub azocie.</li>
	<li>Sonikować szkiełka w izopropanolu (odczynnik klasy ACS lub wyższej) przez 5 minut. Wysuszyć podłoża w CDA lub azocie.</li>
	<li>Włóż substraty do komory myjki plazmowej, zamknij pokrywę i opróżnij komorę za pomocą pompy próżniowej.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
3. Parowanie elektrody aluminiowej
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Usunąć próbki z komory parowania po odparowaniu aluminium.</li>
	<li>Zdejmij szkiełka z aluminiowym paskiem z masek i sprawdź, czy warstwa aluminium została prawidłowo osadzona. Elektroda jest gotowa do procesu anodowania.</li>
</ol>
4. Proces anodowania warstwy aluminium
<ol>
	<li>Przymocuj dwa łączniki zacisku krokodylkowego w plastikowej pokrywie, która pasuje do zlewki. Ta pokrywka może być drukowana w 3D.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Umieść zlewkę na mieszadle magnetycznym z podgrzewaniem. Dostosuj temperaturę do żądanej wartości (w bieżącym artykule zastosowano 40 °C i 60 °C).</li>
	<li>Zanurz elektrody w roztworze elektrolitycznym, przykrywając zlewkę plastikową pokrywką przymocowaną do złączy zaciskowych.</li>
	<li>Podłącz elektrodę aluminiową do wyjścia dodatniego, a pozłacaną elektrodę ze stali nierdzewnej do ujemnego wyjścia źródła prądu/napięcia i jednostki pomiarowej (SMU).</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wyjmij elektrody z roztworu elektrolitycznego, spłucz obficie wodą dejonizowaną, osusz CDA lub azotem i przechowuj szklane podłoża Al/Al2O3 do czasu użycia.</li>
	<li>Aby zaobserwować wpływ wyżarzania na warstwę dielektryczną, należy wyżarzać podłoża w piecu w temperaturze 150 °C przez 1 godzinę.</li>
</ol>
5. Osadzanie warstwy aktywnej ZnO
<ol>
	<li>Umieść podłoża z warstwą anodowanego tlenku glinu w odpowiednich mechanicznych maskach cieni do aktywnego osadzania warstwy.</li>
	<li>Umieść podłoża z maskami w komorze systemu napylania. Użyj celu rozpylania ZnO (99,9%). Zamknąć komorę i rozpocząć procedurę ewakuacji.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Otwórz komorę i usuń próbki.</li>
</ol>
6. Osadzanie elektrod drenujących i źródłowych
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Umieścić próbki przymocowane do masek cieniujących w komorze systemu termicznego odparowywania i rozpocząć procedurę odparowywania aluminium.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wyjmij wyświetlacze TFT z komory parowania, sprawdź jakość osadzonych elektrod i przechowuj je chronione przed światłem do czasu użycia.</li>
</ol>
7. Charakterystyka elektryczna TFT
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>W razie potrzeby określ inne parametry wydajności na podstawie krzywych tranzystorów, jak opisano w innym miejscu18.</li>
</ol>
8. ANOVA i wpływ czynników projektowych na wydajność urządzenia
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Dla każdego czynnika należy wziąć pod uwagę dwa poziomy, zgodnie z tabelą 1.</li>
	<li>Zmontuj stół obliczeniowy Plackett-Burman wspomagany przez oprogramowanie DOE, jak podano w Tabeli 2.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wprowadź do tabeli DOE z oprogramowania dane dotyczące wydajności z charakterystyki TFT (np. mobilność TFT w nasyceniu) zgodnie ze wskazówkami produkcyjnymi dla każdej serii.</li>
	<li>Dodaj jak najwięcej powtórzeń z różnych urządzeń korzystających z tych samych współczynników produkcyjnych, aby zwiększyć liczbę stopni swobody dla analizy.</li>
	<li>Wykonaj ANOVA na podstawie danych i przeanalizuj dane wyjściowe, aby określić, które parametry anodowania mają największy wpływ na wydajność TFT.</li>
</ol>

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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-Burman<sup="xref">29 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.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>LabSynth</td><td>A1017</td><td>Odczynnik ACS klasy</td></tr><tr><td>Aluminium (Al) Drut do odparowywania</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMAL40060</td><td>Średnica 1,5 mm (0,060") 1lb; 99,99%</td></tr> <tr><td>roztwór wodorotlenku amonu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>338818</td><td>odczynnik ACS, 28,0-30,0% na bazie NH3</td></tr><tr><td>Chemoface - Oprogramowanie do ustawiania projektu eksperymentu (DOE)</td><td>Uniwersytet Federalny w Lavras (UFLA), Brazylia</td><td></td><td>Darmowe oprogramowanie opracowane przez Federal University of Lavras (UFLA), Brazylia - http://www.ufla.br/chemoface/</td></tr> <tr><td>Detergent czyszczący</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Alconox Alkaliczny</td><td>detergent do czyszczenia podłoży</td></tr><tr><td>Glikol etylenowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>102466</td><td>ReagentPlus, &ge; 99%</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>LabSynth</td><td>A1078</td><td>Klasa odczynnika ACS</td></tr><tr><td>Podłoża szklane</td><td>Szkiełka mikroskopowe Sigma Aldrich</td><td>CLS294775X50</td><td>Corning, zwykły</td></tr><tr><td>kwas L-(+)-winowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T109</td><td>&ge; 99,5%</td></tr> <tr><td>Mechaniczna maska cienia do osadzania napylonej warstwy aktywnej ZnO</td><td>Lasertools, Brazylia</td><td>niestandardowa maska</td><td>10 mm x 10 mm kwadrat.</td></tr><tr><td>Mechaniczna maska cienia do elektrody bramki TFT</td><td>Lasertools, Brazylia</td><td>niestandardowa maska</td><td>25 mm długi pasek, 3 mm szerokości.</td></tr><tr><td>Mechaniczna maska cienia do elektrod źródłowych/drenujących TFT</td><td>Lasertools, Brazylia</td><td>niestandardowa maska</td><td>100 i mikro; m pasków, oddzielonych od siebie 100 &mikro; m odstępu, zakładka 5 mm</td></tr><tr><td>Myjka plazmowa</td><td>MTI</td><td>PDC-32G</td><td>Myjka plazmowa Campact z pompą próżniową</td></tr><tr><td>System napylania napylania</td><td>HHV</td><td>Auto 500</td><td>System napylania RF z kontrolą grubości i szybkości stapiania</td></tr><tr><td>Płyta mieszająca</td><td>Sun Valley</td><td>MS300</td><td>Płyta mieszająca z regulacją ogrzewania</td></tr><tr><td>Parownik termiczny</td><td>HHV</td><td>Auto 306</td><td>posiada precyzyjny czujnik do pomiaru grubości i szybkości osadzania cienkich warstw</td></tr><tr><td>Dwukanałowa jednostka pomiarowa źródło</td><td>Keithley</td><td>2410</td><td>Keithley model 2410 lub podobny / do procesu anodowania</td></tr><tr><td>Dwukanałowa jednostka pomiarowa źródło i pomiar</td><td>Keithley</td><td>2612B</td><td>Dwukanałowa jednostka źródłowo-pomiarowa (SMU) do pomiarów TFT</td></tr><tr><td>Kąpiel ultradźwiękowa</td><td>Soni-tech</td><td>Soni-top 402A</td><td>Kąpiel ultradźwiękowa z kontrolą ogrzewania</td></tr><tr><td>Tarcze do rozpylania tlenku (ZnO)</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EJTZNOX304A3</td><td>3,0 "Średnica x 0,250" Grubość; 99,9%</td></tr></tbody></table>

wpływ parametrów anodowania na warstwę dielektryczną tlenku glinu tranzystorów cienkowarstwowych

The Effect of Anodization Parameters on the Aluminum Oxide Dielectric Layer of Thin-Film Transistors

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.

Osiem różnych parametrów wytwarzania warstwy tlenku glinu zostało przyjętych jako czynniki wykonania, które wykorzystaliśmy do analizy ich wpływu na charakterystykę TFT. Czynniki te wyliczono w Tabeli 1, w której przedstawiono odpowiadające im wartości „niskie” (-1) i „wysokie” (+1) dla dwupoziomowego planu doświadczeń (DOE) czynnikowego.
Dla uproszczenia każdy czynnik procesu produkcji oznaczono wielką literą (A, B, C itd.), a odpowiadające im poziomy „niski” i „wysoki” repre...

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.

Wpływ parametrów anodowania na warstwę dielektryczną tlenku glinu tranzystorów cienkowarstwowych

Aluminum-oxide (Al2O3) is a low cost, easily processable and high dielectric constant insulating material that is particularly appropriate for use as the ...

Oto przegląd protokołu. Zaczynamy od przygotowania roztworu elektrolitycznego, wymieszania wody, glikolu etylenowego i kwasu winowego. Następnie szkiełka podłoża należy oczyścić za pomocą sonikacji w alkalicznym roztworze detergentu, acetonie i izopropanolu, a następnie wyczyścić plazmą RF.Konstrukcja TFT odbywa się poprzez osadzenie aluminiowej elektrody na czystych szklanych podłożach. Następnie następuje anodowanie do tlenku glinu, rozpylanie warstwy aktywnej tlenku i termiczne odparowanie elektrod źródła drenu. Proces anodowania aluminium odbywa się poprzez zanurzenie podłoża szklanego pokrytego aluminium i pozłacanej blachy ze stali nierdzewnej podłączonej do źródłowej jednostki pomiarowej.Proces rozpoczyna się od przyłożenia do układu stałego prądu o napięciu rosnącym liniowo aż do napięcia końcowego, które określa grubość tlenku. W związku z tym napięcie jest utrzymywane na stałym poziomie, dopóki prąd w systemie nie spadnie do zera. Charakterystyka elektryczna wyświetlaczy TFT jest wykonywana poprzez podłączenie dwukanałowej jednostki pomiarowej źródła do elektrod bramki, drenu i źródła.Krzywą przenoszenia uzyskuje się poprzez zmianę napięcia bramki przy stałym napięciu źródła drenu i pomiar prądu źródła drenu. Mobilność elektryczną można określić na podstawie krzywej przenoszenia TFT. Projekt eksperymentów Pliske'a-Burmana jest wykonywany poprzez oznaczanie współczynników anodyzacji, w zależności od tego, który z nich porusza się od niskiego do wysokiego poziomu, określonych na podstawie warunków eksperymentalnych.Macierz Pliske'a-Burmana składa się z dwunastu przebiegów eksperymentalnych, które odpowiadają różnym kombinacjom współczynników anodowania na z góry określonych poziomach. Przedstawiamy tutaj protokół budowy tranzystorów wypełnionych cyną z tlenku przy użyciu anodowanego tlenku glinu jako warstwy dielektrycznej bramki. Pokazujemy, że możliwa jest optymalizacja wydajności TFTS poprzez zmianę tylko parametrów procesu anodowania dielektryków bramek.Roztwór elektrolityczny przygotowuje się przez zmieszanie 84 ml glikolu etylenowego z 1,5 g kwasu winowego. Dlatego dodaj 16 ml wody dejonizowanej do roztworu, delikatnie wstrząśnij roztworem. Następnie mieszaj roztwór przez około 30 minut, aż do całkowitego rozpuszczenia kwasu winowego.Przygotuj dwa roztwory podstawowe z wodorotlenku amoniaku, aby dostosować pH elektrolitu. Bardziej skoncentrowany roztwór może wynosić około 28%, a mniej skoncentrowany około 2%Dokonaj zgrubnej regulacji pH za pomocą bardziej stężonego roztworu wodorotlenku amonu. Gdy pH jest zbliżone do pożądanej wartości, pięć lub sześć, użyj mniej stężonego roztworu, aby dokładnie dostosować pH.Procedura czyszczenia podłoża rozpoczyna się od sonikacji szklanych podłoży w alkalicznym roztworze detergentu o objętości 5% w temperaturze 16 stopni Celsjusza przez 50 minut. Następnie podłoża są obficie spłukiwane w wodzie dejonizowanej w celu usunięcia wszelkich pozostałości. Osuszyć podłoże przez przedmuchiwanie czystym, suchym powietrzem lub azotem.Wysuszone podłoża są ponownie sonikowane w acetonie przez pięć minut. Usuń z acetonu i ponownie wysusz w czystym, suchym powietrzu lub azocie. Sonikować jeszcze raz w izopropanolu przez pięć minut.Usuń z izopropanolu i powtórz procedurę suszenia. Załaduj podłoża do myjki plazmowej RF i opróżnij komorę. Po uzyskaniu próżni włącz RF ze średnią mocą i pozostaw na pięć minut, aby zakończyć procedurę czyszczenia.Usuń podłoża z myjki plazmowej i załaduj je do uchwytu na próbkę z odpowiednimi maskami cieniującymi do termicznego odparowania aluminiowej elektrody bramkowej. Maska cienia to nierdzewny arkusz wycinany laserowo, który określa obszar aluminiowej elektrody bramkowej. Włóż szkiełka szklane do komory termicznego odparowywania i rozpocznij procedurę osadzania.Umieść aluminiową elektrodę bramkową z precyzyjną kontrolą szybkości parowania i ostatecznej grubości folii. Po odparowaniu należy wyjąć próbki z komory. I sprawdź, czy elektrody zostały prawidłowo osadzone.Anodowanie aluminiowej elektrody bramkowej rozpoczyna się od połączenia szkiełka ze szkła pokrytego aluminium i pozłacanej blachy ze stali nierdzewnej do złączy zaciskowych. Dlatego elektrody są zanurzone w roztworze elektrolitycznym, a są podłączone do jednostki Source-Measure Unit. Przyłóż stały prąd do elektrod.Spadek napięcia musi rosnąć liniowo, co pokazuje, że wzrost tlenku glinu zachodzi prawidłowo. Po osiągnięciu ustalonego napięcia końcowego przełącz SMU w tryb stałego napięcia i poczekaj, aż prąd spadnie do zera. Po zakończeniu procedury anodowania należy obficie spłukać podłoże w wodzie dejonizowanej.Na koniec wysusz podłoże w suchym, czystym powietrzu lub azocie. Osadzanie warstwy aktywnej tranzystora odbywa się poprzez wprowadzenie podłoża z warstwą anodowanego tlenku glinu w odpowiednie maski cieniujące. Maski pozwoliłyby na selektywne pokrycie tlenkiem podczas napylania napylającego.Włóż próbki do tej komory rozpylania i rozpocznij proces osadzania. Kontroluj szybkość napylania i ostateczną grubość aktywnej warstwy TFT. Po osadzeniu przez rozpylanie należy wyjąć próbki z komory i przygotować je do termicznego odparowania elektrod drenujących i źródłowych.Produkcja tranzystora odbywa się poprzez odparowanie aluminiowych elektrod drenujących i źródłowych poprzez odparowanie termiczne przy użyciu odpowiednich masek cieniujących. Zastosowana konstrukcja maski pozwala na wytworzenie trzech tranzystorów w każdym podłożu. Włożyć próbki do komory parowania i rozpocząć procedurę osadzania.Po odparowaniu aluminiowego drenu i elektrod źródłowych należy usunąć próbki z komory. Usuń próbki z masek i sprawdź elektrody. Tranzystory są gotowe do charakteryzacji elektrycznej.Charakterystyka elektryczna TFT odbywa się poprzez nawiązanie kontaktu z elektrodami drenu, źródła i bramki za pomocą złączy sondy sprężynowej. Elektrody są zatem podłączone do dwukanałowego źródła i jednostki pomiarowej. Charakterystyki tranzystora uzyskuje się poprzez polaryzację elektrod drenu i źródła, a także elektrody bramki i pomiar prądu kanału.Analizę parametrów elektrycznych TFT przeprowadza się poprzez wykreślenie krzywej przenoszenia TFT i pierwiastka kwadratowego prądu drenu w funkcji napięcia bramki. Nachylenie krzywej pozwala na określenie ruchomości urządzenia. Przecięcie nachylenia krzywej z osią X określa napięcie progowe TFT.Analiza uzyskanych wyników krzywizny projektu Pliske-Burman eksperymentów może być przeprowadzona przez oprogramowanie analityczne, takie jak Chemoface. Wybierz projekt eksperymentalny i wprowadź dane wejściowe. Dlatego należy obliczyć odpowiednie efekty dla każdego parametru anodyzacji i przeanalizować wyniki, wykreślając dane na wykresie efektów Pareto.Wykres Pareto pozwala uszeregować współczynniki anodowania według wpływu na określony parametr odpowiedzi urządzenia, taki jak mobilność TFT. Tak więc Plisa-Burmana jest przydatna z wielu różnych powodów. Po pierwsze, pozwala na systematyczne i jednoczesne badanie wielu różnych czynników.Korzystając z podejść statystycznych, takich jak ANOVA i regresja, pozwala określić ilościowo i zrozumieć najważniejsze i najmniej istotne czynniki, które wpływają na proces anodyzacji. Uważamy więc, że podejście Pliske'a-Burmana jest bardzo cenne w elektronice drukowanej. Pozwala szybko i skutecznie przesiewać szereg różnych czynników i optymalizować je w bardzo systematyczny i szybki sposób.Chociaż opracowaliśmy to podejście do anodowania, może ono być stosowane w wielu innych obszarach rozwoju elektroniki drukowanej.

the-effect-anodization-parameters-on-aluminum-oxide-dielectric-layer

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisujemy eksperymentalną metodę osadzania cienkich warstw nanostrukturalnych tlenków za pomocą nanosekundowego pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD) w obecności gazu tła. Dzięki tej metodzie można osadzać warstwy ZnO domieszkowane Alem (AZO), od zwartych po hierarchicznie ustrukturyzowane jak lasy nanodrzew.

Wytwarzanie nanoinżynieryjnych przezroczystych przewodzących tlenków za pomocą pulsacyjnego osadzania laserowego

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Ta praca szczegółowo opisuje procedury wzrostu i charakterystyki krystalicznego SrTiO3 bezpośrednio na podłożach germanowych poprzez osadzanie warstw atomowych. Procedura ilustruje zdolność całkowicie chemicznej metody wzrostu do monolitycznego integrowania tlenków z półprzewodnikami w urządzeniach półprzewodnikowych z tlenkami metali.

Epitaksjalny wzrost perowskitowego tytanianu strontu na germanie poprzez osadzanie warstwy atomowej

Przedstawiono protokół wytwarzania nanoporowatych anodowych tlenków glinu poprzez jednoczesną anodowanie wielu powierzchni, po której następują odwrócone odchylenia podobne do schodów. Może być wielokrotnie nakładany na to samo podłoże aluminiowe, wykazując łatwą, wysokowydajną i czystą dla środowiska strategię.

Jednoczesne anodowanie wielopowierzchniowe i schodowe odchylenia odwrotne Anodowe tlenki glinu w elektrolicie kwasu siarkowego i szczawiowego

Wytwarzamy heterostruktury metal/LaAlO3/SrTiO3 za pomocą kombinacji pulsacyjnego osadzania laserowego i napylania magnetronowego in situ. Poprzez eksperymenty magnetotransportu i spektroskopii rentgenowskiej fotoelektronów in situ badamy wzajemne oddziaływanie między zjawiskami elektrostatycznymi i chemicznymi quasi-dwuwymiarowego gazu elektronowego powstającego w tym układzie.

Wzrost i właściwości elektrostatyczne/chemiczne heterostruktur metali/LaAlO3/SrTiO3

Cienkie warstwy (100-1000 A) dwutlenku wanadu (VO2) zostały stworzone przez osadzanie warstwy atomowej (ALD) na podłożach szafirowych. Następnie scharakteryzowano właściwości optyczne poprzez przejście metal-izolator VO2. Na podstawie zmierzonych właściwości optycznych stworzono model opisujący przestrajalny współczynnik załamania światła VO2.

Osadzanie warstw atomowych dwutlenku wanadu i model optyczny zależny od temperatury

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania gradientowych płytek nanowzorcowych za pomocą termicznego nanoimprintingu oraz metodę przesiewowego wykrywania odpowiedzi ludzkich komórek progenitorowych śródbłonka na nanostruktury. Dzięki zastosowaniu opisanej technologii możliwe jest wytworzenie rusztowania, które może manipulować zachowaniem komórki za pomocą bodźców fizycznych.

Wytwarzanie gradientowego nanowzoru za pomocą techniki nanoimprintingu termicznego i badanie przesiewowe odpowiedzi komórek tworzących kolonie śródbłonka

Osiągnięcie wysokiej jakości styków Schottky'ego jest niezbędne do osiągnięcia efektywnej modulacji bramki w tranzystorach polowych o heterostrukturze (HFET). Przedstawiono metodologię wytwarzania i charakterystykę diod Schottky'ego na zn-polarnych heterostrukturach BeMgZnO/ZnO z dwuwymiarowym gazem elektronowym o dużej gęstości (2DEG), hodowanymi metodą epitaksji wiązki molekularnej wspomaganej plazmą na matrycach GaN.

Wytwarzanie diod Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Materiały tlenkowe wykazują wiele egzotycznych właściwości, które można kontrolować, dostrajając zawartość tlenu. W tym miejscu demonstrujemy dostrajanie zawartości tlenu w tlenkach poprzez zmianę parametrów osadzania laserowego impulsowego oraz poprzez wykonywanie wyżarzania końcowego. Na przykład właściwości elektroniczne heterostruktur opartych na SrTiO3 są dostrajane przez modyfikacje wzrostu i wyżarzanie.

Dostrajanie właściwości tlenków poprzez kontrolę pustego miejsca tlenu podczas wzrostu i wyżarzania

Tutaj prezentujemy protokół osadzania warstw tlenku niobu metodą rozpylania reaktywnego z różnymi prędkościami przepływu tlenu do wykorzystania jako warstwa transportująca elektrony w perowskitowych ogniwach słonecznych.

Warstwy tlenku niobu osadzone w procesie rozpylania reaktywnego: wpływ natężenia przepływu tlenu

Opisano podstawowy protokół wytwarzania organicznych tranzystorów elektrochemicznych o wysokiej transkonduktancji melaniny/PEDOT:PSS (OECT) z użyciem powłoki natryskowej. Metoda ta umożliwia precyzyjną kontrolę nad nanoseniem warstw, grubością i morfologią filmu, zapewniając powtarzalne urządzenia do zrównoważonych i skalowalnych zastosowań bioelektronicznych.

Powłoki melaninowe/PEDOT:PSS powlekane natryskiem do zrównoważonych organicznych tranzystorów elektrochemicznych

Poznaj proces anodyzacji aluminium do tworzenia warstw dielektrycznych w tranzystorach cienkowarstwowych ZnO. Metoda Plackett-Burmana optymalizuje parametry produkcji dla lepszej wydajności urządzeń.

Wpływ parametrów anodowania na warstwę dielektryczną tlenku glinu tranzystorów cienkowarstwowych

Przeglądaj więcej filmów