O efeito dos parâmetros de anodização na camada dielétrica do óxido de alumínio dos transistores de filme fino

Aqui está a visão geral do protocolo. Começamos preparando a solução eletrolítica, misturando água, etileno glicol e ácido tartárico. Depois disso, as lâminas de vidro do substrato precisam ser limpas por sônica em solução de detergente alcalino, acetona e isopropanol seguidos de limpeza de plasma RF.

A construção do TFT é feita depositando um eletrodo de alumínio nos substratos de vidro limpo. Seguido pela anodização em óxido de alumínio sputtering da camada ativa de óxido de zinco e evaporação térmica os eletrodos de fonte de drenagem. O processo de anodização de alumínio é realizado submergindo o substrato de vidro revestido de alumínio e uma folha de aço inoxidável banhada a ouro conectada a uma unidade de medida de origem.

O processo começa aplicando corrente constante no sistema com uma tensão aumentando linearmente até a tensão final que determina a espessura do óxido. Portanto, a tensão é mantida constante até que a corrente em todo o sistema caia para zero. A caracterização elétrica dos TFTs é realizada conectando uma unidade de medição de fonte de canal duplo ao portão, drenagem e eletrodos de origem.

A curva de transferência é obtida variando a tensão do portão em uma tensão constante da fonte de drenagem e medindo a corrente da fonte de drenagem. A mobilidade elétrica pode ser determinada a partir da curva de transferência TFT. O desenho placket-burman de experimentos é realizado rotulando os fatores de Anodização, o que quer que ande de baixo a alto nível, determinado a partir das condições experimentais.

A matriz Placket-Burman é composta por doze corridas experimentais, que correspondem a diferentes combinações dos fatores de anodização nos níveis predeterminados. Apresentamos aqui um protocolo para construir os transistores cheios de óxido de zinco usando óxido de alumínio anodizado como uma camada dielétrica de portão. Mostramos que é possível otimizar o desempenho do TFTS variando apenas os parâmetros do processo de anodização das dielétricas do portão.

A solução eletrolítica é preparada misturando 84 mL de etileno glicol a 1,5 g de ácido tartárico. Portanto, adicione 16 mL de água deionizada à solução, agite suavemente a solução. Depois disso, mexa a solução por aproximadamente 30 minutos até a dissolução completa do ácido tartárico.

Prepare duas soluções de estoque de hidróxido de amônia para ajustar o pH do eletrólito. A solução mais concentrada pode ser de cerca de 28% e a menos concentrada em torno de 2% Faça o ajuste grosseiro do pH usando a solução de hidróxido de amônio mais concentrada. Quando o pH estiver próximo do valor desejado, cinco ou seis, use a solução menos concentrada para ajustar bem o pH.

O procedimento de limpeza do substrato começa por sonicar os substratos de vidro na solução de detergente alcalino, 5% em volume a 16 graus Celsius por 50 minutos. Depois disso, os substratos são lavados abundantemente em água desionizada para remover quaisquer resíduos. Seque o substrato soprando com ar limpo, seco ou nitrogênio.

Os substratos secos são sonicados novamente em acetona por cinco minutos. Retire da acetona e seque novamente em ar seco limpo ou nitrogênio. Sonicate mais uma vez em isopropanol por cinco minutos.

Retire da isopropanol e repita o procedimento de secagem. Carregue os substratos em um limpador de plasma RF e evacue a câmara. Quando o vácuo for alcançado, ligue o RF em potência média e deixe por cinco minutos para terminar o procedimento de limpeza.

Remova os substratos do limpador de plasma e carregue-os em um suporte de amostra com máscaras de sombra apropriadas para evaporação térmica do eletrodo do portão de alumínio. A máscara de sombra é uma folha de corte a laser inoxidável que determina a área de eletrodo do portão de alumínio. Insira as lâminas de vidro na câmara de evaporação térmica e inicie o procedimento de deposição.

Deposite o eletrodo do portão de alumínio com controle fino da taxa de evaporação e da espessura final do filme. Após a evaporação, remova as amostras da câmara. E verifique se os eletrodos foram devidamente depositados.

A anodização do eletrodo do portão de alumínio começa conectando o deslizamento de vidro revestido de alumínio e a folha de aço inoxidável banhada a ouro aos conectores do clipe. Portanto, os eletrodos estão submersos na solução eletrolítica e os cabos estão conectados à Unidade de Medida de Origem. Aplique corrente constante aos eletrodos.

A queda de tensão deve aumentar linearmente, demonstrando que o crescimento do óxido de alumínio está ocorrendo corretamente. Quando a tensão final estabelecida for alcançada, mude o SMU para o modo de tensão constante e espere até que a corrente caia para zero. Após o término do procedimento de anodização, enxágue abundantemente o substrato em água desionizada.

E finalize secando o substrato em ar seco, limpo ou nitrogênio. A deposição da camada ativa do transistor é realizada inserindo o substrato com a camada de óxido de alumínio anodizado em máscaras de sombra apropriadas. As máscaras permitiriam a cobertura seletiva de óxido de zinco durante o depoimento.

Insira as amostras nesta câmara de sputtering e inicie o processo de deposição. Controle a taxa de deposição sputtering e a espessura final da camada ativa TFT. Após a deposição, remova as amostras da câmara e prepare-as para evaporação térmica dos eletrodos de drenagem e fonte.

A fabricação do transistor é concluída evaporando o dreno de alumínio e eletrodos de origem por evaporação térmica usando máscaras de sombra apropriadas. O design da máscara usada permite a fabricação de três transistores em cada substrato. Insira as amostras na câmara de evaporação e inicie o procedimento de deposição.

Após a evaporação do dreno de alumínio e eletrodos de origem, remova as amostras da câmara. Remova as amostras das máscaras e verifique os eletrodos. Os transistores estão prontos para caracterização elétrica.

A caracterização elétrica do TFT é realizada fazendo o contato com os eletrodos de drenagem, fonte e portais usando conectores de sonda de mola. Os eletrodos estão, portanto, conectados a uma unidade de código e medida de dois canais. As curvas características do transistor são obtidas pela polarização dos eletrodos de drenagem e origem, bem como o eletrodo do portão e a medição da corrente do canal.

A análise dos parâmetros elétricos TFT é realizada através da traçação da curva de transferência TFT e da raiz quadrada da corrente de drenagem em função da tensão do portão. A inclinação da curva permite a determinação da mobilidade do dispositivo. A interceptação da inclinação da curva com o eixo X define a tensão do limiar TFT.

A análise dos resultados obtidos na curvatura do design placket-burman de experimentos, pode ser realizada por um software de análise como o Quimioface. Escolha o design experimental e entre com os dados de entrada. Portanto, calcule os efeitos correspondentes para cada parâmetro de anodização e analise os resultados plotando os dados em um gráfico pareto de efeitos.

O gráfico Pareto permite classificar os fatores de anodização pelo efeito em um parâmetro específico de resposta do dispositivo, como a mobilidade TFT. Então Placket-Burman é útil por várias razões diferentes. Em primeiro lugar, permite estudar uma série de fatores diferentes, sistematicamente e simultaneamente.

E usando abordagens estatísticas como ANOVA e regressão, permite quantificar e entender os fatores mais significativos e os fatores menos significativos que estão afetando o processo de anodização. Então achamos que a abordagem Placket-Burman é muito valiosa em eletrônica impressa. Ele permite que você trie rapidamente e efetivamente uma série de fatores diferentes e otimize os fatores de forma muito sistemática e rápida.

Embora tenhamos desenvolvido essa abordagem para anodização, ela poderia ser usada em muitas outras áreas dentro do desenvolvimento eletrônico impresso.