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Chemistry

पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के एल्यूमीनियम ऑक्साइड डाइइलेक्ट्रिक परत पर एनोडाइजेशन मापदंडों का प्रभाव

Published: May 24, 2020 doi: 10.3791/60798
Automatic Translation
*1, *2, *1, *2, *3
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

Summary

जिंक-ऑक्साइड पतली फिल्म ट्रांजिस्टर (TFTs) के एल्यूमीनियम-ऑक्साइड डाइइलेक्ट्रिक लेयर के विकास के लिए एनोडाइजेशन पैरामीटर विद्युत पैरामीटर प्रतिक्रियाओं पर प्रभाव निर्धारित करने के लिए भिन्न हैं। विचरण (एनोवा) का विश्लेषण विनिर्माण स्थितियों को निर्धारित करने के लिए प्रयोगों (डीओई) के प्लैकेट-बर्मन डिजाइन पर लागू किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप अनुकूलित डिवाइस प्रदर्शन होता है।

Abstract

एल्यूमीनियम-ऑक्साइड (अल2O3)एक कम लागत, आसानी से प्रक्रियायोग्य और उच्च डाइइलेक्ट्रिक लगातार इन्सुलेट सामग्री है जो विशेष रूप से पतली फिल्म ट्रांजिस्टर (TFTs) की डाइइलेक्ट्रिक परत के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त है। धातु एल्यूमीनियम फिल्मों के एनोडाइजेशन से एल्यूमीनियम-ऑक्साइड परतों का विकास परमाणु परत जमाव (एएलडी) या जमाव विधियों जैसे परिष्कृत प्रक्रियाओं की तुलना में बहुत लाभप्रद है जो अपेक्षाकृत उच्च तापमान (300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) जैसे जलीय दहन या स्प्रे-पायरोलिसिस की मांग करते हैं। हालांकि, ट्रांजिस्टर के विद्युत गुण अर्धचालक/डाइइलेक्ट्रिक इंटरफेस पर दोषों और स्थानीयकृत राज्यों की उपस्थिति पर अत्यधिक निर्भर हैं, जो एनोडीनीकृत डाइइलेक्ट्रिक लेयर के विनिर्माण मापदंडों से दृढ़ता से प्रभावित होते हैं । यह निर्धारित करने के लिए कि कई निर्माण पैरामीटर कारकों के सभी संभावित संयोजन प्रदर्शन के बिना डिवाइस प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करते हैं, हमने प्रयोगों (डीओई) के प्लैकेट-बर्मन डिजाइन के आधार पर एक कम कारक विश्लेषण का उपयोग किया। इस डीओई का चुनाव अनुकूलित डिवाइस प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए कारकों के संयोजन (सभी 256 संभावनाओं के बजाय) के केवल 12 प्रयोगात्मक रन के उपयोग की अनुमति देता है। टीएफटी गतिशीलता जैसे डिवाइस प्रतिक्रियाओं पर प्रभाव से कारकों की रैंकिंग प्राप्त परिणामों के लिए विचरण (ANOVA) के विश्लेषण को लागू करके संभव है।

Introduction

लचीला, मुद्रित और बड़े क्षेत्र इलेक्ट्रॉनिक्स एक उभरते बाजार है कि आगामी वर्षों में निवेश में अरबों डॉलर को आकर्षित करने की उंमीद है प्रतिनिधित्व करते हैं । स्मार्टफोन, फ्लैट पैनल प्रदर्शित करता है और इंटरनेट की बातें (IoT) उपकरणों की नई पीढ़ी के लिए हार्डवेयर आवश्यकताओं को प्राप्त करने के लिए, वहां सामग्री है कि हल्के, लचीला और गति और उच्च प्रदर्शन का त्याग के बिना दिखाई स्पेक्ट्रम में ऑप्टिकल संचारण के साथ कर रहे है के लिए एक बड़ी मांग है । एक महत्वपूर्ण बिंदु वर्तमान सक्रिय मैट्रिक्स डिस्प्ले (एएमडी) के अधिकांश ड्राइव सर्किट में उपयोग की जाने वाली पतली फिल्म ट्रांजिस्टर (टीएफटी) की सक्रिय सामग्री के रूप में असंगत सिलिकॉन (ए-एसआई) के विकल्प ढूंढना है। ए-एसआई में लचीले और पारदर्शी सब्सट्रेट्स के लिए कम अनुकूलता है, बड़े क्षेत्र के प्रसंस्करण की सीमाएं प्रस्तुत करती हैं, और इसमें लगभग 1 सेमी2'वी-1एस-1की वाहक गतिशीलता है, जो अगली पीढ़ी के प्रदर्शनों के लिए संकल्प और ताज़ा दर की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है। जिंक ऑक्साइड (ZnO)1,,2,,3,इंडियम जिंक ऑक्साइड (IZO)4,,5 और इंडियम गैलियम जिंक ऑक्साइड (IGZO)6,,7 जैसे अर्धचालक धातु ऑक्साइड (एसएमओ) टीएफटी की सक्रिय परत के रूप में ए-सी को बदलने के लिए अच्छे उम्मीदवार हैं क्योंकि वे दृश्यमान स्पेक्ट्रम में अत्यधिक पारदर्शी हैं, लचीला सब्सट्रेट्स और बड़े क्षेत्र बयान के लिए संगत कर रहे हैं और 80 सेमी 2 के रूप में उच्च के रूप में गतिशीलता प्राप्त कर सकते हैं2‧V-1एस-1. इसके अलावा, एसएमओ को विभिन्न तरीकों से संसाधित किया जा सकता है: आरएफ स्पंदन6, स्पंदित लेजर जमाव (पीएलडी)8,रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)9,परमाणु परत जमाव (एएलडी)10,स्पिन-कोटिंग11,इंक-जेट प्रिंटिंग12 और स्प्रे-पायरोलिसिस13।

हालांकि, आंतरिक दोषों के नियंत्रण, वायु/यूवी उत्तेजित अस्थिरता और अर्धचालक/डाइइलेक्ट्रिक इंटरफेस स्थानीयकृत राज्यों के गठन जैसी कुछ चुनौतियों को अभी भी दूर करने की जरूरत है ताकि SMO आधारित टीएफटी शामिल सर्किट के बड़े पैमाने पर विनिर्माण को सक्षम किया जा सके । उच्च प्रदर्शन TFTs की वांछित विशेषताओं में, एक कम बिजली की खपत, कम आपरेशन वोल्टेज, कम फाटक रिसाव वर्तमान, दहलीज वोल्टेज स्थिरता और वाइडबैंड आवृत्ति आपरेशन, जो गेट dielectrics (और अर्धचालक/इंसुलेटर इंटरफेस के रूप में अच्छी तरह से) पर बेहद निर्भर है उल्लेख कर सकते हैं । इस अर्थ में, उच्च-डाइइलेक्ट्रिक सामग्री14,,15,,16 विशेष रूप से दिलचस्प है क्योंकि वे अपेक्षाकृत पतली फिल्मों का उपयोग करके प्रति इकाई क्षेत्र क्षमता और कम रिसाव धाराओं के बड़े मूल्य प्रदान करते हैं। एल्यूमीनियम ऑक्साइड (अल2O3)टीएफटी डाइइलेक्ट्रिक परत के लिए एक आशाजनक सामग्री है क्योंकि यह एक उच्च डाइइलेक्ट्रिक स्थिर (8 से 12 तक), उच्च डाइइलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ, उच्च विद्युत प्रतिरोधकता, उच्च थर्मल स्थिरता प्रस्तुत करता है और कई अलग-अलग जमाव/विकासतकनीक15,,17,,18,,19,,20,,21द्वारा बेहद पतली और समान फिल्मों के रूप में संसाधित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, एल्यूमीनियम पृथ्वी की पपड़ी में तीसरा सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है, इसका क्या मतलब है कि यह आसानी से उपलब्ध है और उच्च कश्मीर डाइइलेक्ट्रिक्स का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले अन्य तत्वों की तुलना में अपेक्षाकृत सस्ता है।

हालांकि जमाव/अल2O3 पतली (१०० एनएम से नीचे) फिल्मों के विकास को सफलतापूर्वक आरएफ मैग्नेट्रॉन स्पंदन जैसी तकनीकों द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), परमाणु परत जमाव (एएलडी), एक पतली धातु अल परत17,,18,,21,,22,23,,,24,,25,,26 के एनोडाइजेशन द्वारा विकास अपनी सादगी, कम लागत, कम तापमान, और नैनोमेट्रिक पैमाने में फिल्म मोटाई नियंत्रण के कारण लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है । इसके अलावा, एनोडाइजेशन में रोल-टू-रोल (R2R) प्रसंस्करण की एक बड़ी क्षमता है, जिसे औद्योगिक स्तर पर पहले से ही उपयोग की जा रही प्रसंस्करण तकनीकों से आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे त्वरित विनिर्माण अपस्केलिंग की अनुमति मिलती है।

धातु अल के एनोडाइजेशन द्वारा अल2O3 विकास निम्नलिखित समीकरणों द्वारा वर्णित किया जा सकता है

2अल + 3 / 2 02 → अल2O3 (1)

2अल + 3एच2ओ → अल2ओ3 + 3एच2 (2)

जहां इलेक्ट्रोलाइट समाधान में या फिल्म की सतह पर एडोरबेड अणुओं द्वारा ऑक्सीजन प्रदान की जाती है, जबकि पानी के अणु इलेक्ट्रोलाइट समाधान से तुरंत उपलब्ध होते हैं। एनोडाइज्ड फिल्म खुरदरापन (जो सेमीकंडक्टर/डाइइलेक्ट्रिक इंटरफेस पर वाहक बिखरने के कारण टीएफटी गतिशीलता को प्रभावित करता है) और सेमीकंडक्टर/डाइइलेक्ट्रिक इंटरफेस (जो टीएफटी दहलीज वोल्टेज और इलेक्ट्रिकल हिस्टीरेसिस को प्रभावित करता है) पर स्थानीयकृत राज्यों का घनत्व दृढ़ता से एनोडाइजेशन प्रक्रिया मापदंडों पर निर्भर है, कुछ नाम: पानी की सामग्री, तापमान और इलेक्ट्रोलाइट24,,27के पीएच । अल परत जमाव (जैसे वाष्पीकरण दर और धातु की मोटाई) से संबंधित अन्य कारक या पोस्ट-एनोडाइजेशन प्रक्रियाओं (जैसे एनीलिंग) से संबंधित अन्य कारक भी निर्मित टीएफटी के विद्युत प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। प्रतिक्रिया मापदंडों पर इन कई कारकों के प्रभाव का अध्ययन अन्य सभी कारकों को स्थिर रखते हुए व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक कारक को अलग करके किया जा सकता है, जो कि एक अत्यंत समय लेने वाला और अक्षम कार्य है। प्रयोगों का डिजाइन (डीओई), दूसरी ओर, कई मापदंडों की एक साथ भिन्नता पर आधारित एक सांख्यिकीय विधि है, जो अपेक्षाकृत कम संख्या में प्रयोगों का उपयोगकरकेसिस्टम/डिवाइस प्रदर्शन प्रतिक्रिया पर सबसे महत्वपूर्ण कारकों की पहचान की अनुमति देती है ।

हाल ही में, हमने स्पटरजेडओ टीएफटी18के प्रदर्शन पर अल2ओ3 एनोडिशन मापदंडों के प्रभावों का विश्लेषण करने के लिए एक प्लैकेट-बर्मन29 डीओई के आधार पर बहुवेरिएट विश्लेषण का उपयोग किया है। परिणामों का उपयोग कई अलग-अलग प्रतिक्रिया मापदंडों के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारकों को खोजने के लिए किया गया था और डिवाइस प्रदर्शन के अनुकूलन के लिए लागू किया गया था जो डाइइलेक्ट्रिक लेयर की एनोडाइजेशन प्रक्रिया से संबंधित केवल मापदंडों को बदल रहा था।

वर्तमान काम गेट डाइइलेक्ट्रिक्स के रूप में एनोडाइज्ड अल2ओ3 फिल्मों का उपयोग करके टीएफटी के निर्माण के लिए पूरे प्रोटोकॉल को प्रस्तुत करता है, साथ ही एक प्लैकेट-बर्मन डीओई का उपयोग करके डिवाइस इलेक्ट्रिकल प्रदर्शन पर कई एनोडाइजेशन मापदंडों के प्रभाव के अध्ययन के लिए एक विस्तृत विवरण भी प्रस्तुत करता है। इस तरह के वाहक गतिशीलता के रूप में टीएफटी प्रतिक्रिया मापदंडों पर प्रभाव के महत्व प्रयोगों से प्राप्त परिणामों के लिए विचरण (ANOVA) के विश्लेषण प्रदर्शन से निर्धारित किया जाता है ।

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Protocol

वर्तमान कार्य में वर्णित प्रोटोकॉल को अलग कर दिया गया है: i) एनोडाइजेशन के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान की तैयारी; ii) सफाई और तैयारी को सब्सट्रेट करें; iii) एनोडिओडाइजेशन प्रक्रिया; iv) टीएफटी सक्रिय परत और नाली/स्रोत इलेक्ट्रोड का जमाव; v) टीएफटी गतिशीलता में विनिर्माण कारकों के महत्व को निर्धारित करने के लिए एनोवा का टीएफटी विद्युत लक्षण वर्णन और विश्लेषण और vi) आवेदन।

1. एनोडाइजेशन के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान की तैयारी

  1. नमूना तैयारी के दौरान धूल या संदूषकों से बचने के लिए, एक क्लीनरूम या लैमिनार प्रवाह कैबिनेट के अंदर प्रोटोकॉल की सभी प्रक्रियाओं को करें।
  2. अलग-अलग पानी/एथिलीन ग्लाइकोल वॉल्यूम रेशियो (16% और 30%) में टार्टरिक एसिड (01 एम) के दो समाधान तैयार करें, जिसका उपयोग एनोडाइजेशन इलेक्ट्रोलाइटिक सॉल्यूशन के रूप में किया जाएगा। एनोडाइज्ड लेयर के फैब्रिकेशन पैरामीटर के रूप में इलेक्ट्रोलाइटिक सॉल्यूशन में पानी की मात्रा का उपयोग करें।
  3. 150 मिलीग्राम बीकर में, 16% पानी इलेक्ट्रोलाइट स्टॉक समाधान प्राप्त करने के लिए 1.5 ग्राम टार्टरिक एसिड को 16 मिलीग्राम डिओनाइज्ड पानी और एथिलीन ग्लाइकोल के 84 मिलीग्राम में भंग करें। 30% वॉटर इलेक्ट्रोलाइट स्टॉक सॉल्यूशन के लिए, 1.5 ग्राम टार्टैरिक एसिड, 30 मिलीग्राम डिओनाइज्ड वॉटर और 70 मिलील एथिलीन ग्लाइकोल का इस्तेमाल करें। 30 मिन के लिए एक चुंबकीय बार का उपयोग कर दोनों समाधान हिलाओ ।
  4. इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान के पीएच का मोटा समायोजन करने के लिए 20 एमएल बीकर में अमोनियम हाइड्रोक्साइड (एनएच4ओह) समाधान (जैसा कि खरीदा गया, 28 -30% एनएच3 मात्रा में) के लगभग 10-20 एमएल को अलग करें।
  5. इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान के पीएच का ठीक नियंत्रण बनाने के लिए मूल एनएच4ओह समाधान से एक पतला समाधान (मात्रा में लगभग 2%) के 80 मिलील तैयार करें।
  6. समाधान के पीएच को समायोजित करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट समाधान को 150 मीटर बीकर में अलग करें।
  7. बेंच पीएच मीटर का उपयोग करके इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान के पीएच को मापें। पीएच वांछित पीएच (5 या 6) के करीब होने तक अधिक केंद्रित एनएच4ओह को पाइपिंग शुरू करें।
  8. जब तक पीएच वांछित मूल्य में सेट नहीं हो जाता है तब तक इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान में अधिक पतला एनएच4ओह समाधान पिपेट करें। एनोडिशन प्रक्रिया पर प्रभाव का अध्ययन करने के लिए 5 और 6 के पीएच मूल्यों पर इलेक्ट्रोलाइट समाधान तैयार करें।

2. सब्सट्रेट सफाई और तैयारी

  1. सब्सट्रेट्स के रूप में 20 मिमी x 25 मिमी ग्लास स्लाइड (1.1 मिमी मोटी) का उपयोग करें।
  2. सोनीने 15 मिन के लिए गर्म (60 डिग्री सेल्सियस) क्षारीय डिटर्जेंट समाधान (डिओनाइज्ड पानी में 5%) में कांच की स्लाइड्स को कुल्ला किया।
  3. सोनीने 5 मिन के लिए एसीटोन (एसीएस रिएजेंट ग्रेड या बेहतर) में ग्लास स्लाइड्स में दिए। सीडीए या नाइट्रोजन में सब्सट्रेट्स को सुखा लें।
  4. सोनीने 5 मिन के लिए आइसोप्रोपेनॉल (एसीएस रिएजेंट ग्रेड या बेहतर) में ग्लास स्लाइड्स को सुखालें। सीडीए या नाइट्रोजन में सब्सट्रेट्स को सुखा लें।
  5. एक प्लाज्मा क्लीनर के कक्ष में सब्सट्रेट्स डालें, ढक्कन बंद करें और वैक्यूम पंप का उपयोग करके कक्ष को खाली करें।
  6. जब वैक्यूम प्राप्त हो जाता है, तो 5 मिन के लिए मध्यम शक्ति (10.5 डब्ल्यू) पर आरएफ जनरेटर पर स्विच करें। प्लाज्मा सफाई के बाद, सब्सट्रेट्स एल्यूमीनियम गेट बयान के लिए तैयार हैं।

3. एल्यूमीनियम गेट इलेक्ट्रोड वाष्पीकरण

  1. 25 x 3 मिमी की एल्यूमीनियम धारी जमा करने के लिए यांत्रिक छाया मास्क में ग्लास स्लाइड डालें। इस एल्यूमीनियम धारी टीएफटी गेट इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा और एल्यूमीनियम ऑक्साइड एनोडाइजेशन द्वारा गठित परत टीएफटी डाइइलेक्ट्रिक परत होगी । गेट इलेक्ट्रोड के लिए शैडो मास्क डिजाइन का उदाहरण अनुपूरक फाइलों में प्रस्तुत किया गया है।
  2. एल्यूमीनियम परत जमाव के लिए थर्मल वाष्पीकरण कक्ष के कक्ष के अंदर छाया मुखौटा के साथ सब्सट्रेट्स रखें। चैंबर बंद कर दो। चैंबर निकासी प्रक्रिया शुरू करें। थर्मल वाष्पीकरण शुरू करने के लिए कक्ष दबाव 2.0 x 10-6 मीटर से नीचे होने तक प्रतीक्षा करें।
  3. एल्यूमीनियम परत जमा करें। डाइइलेक्ट्रिक लेयर पर प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए दो अलग-अलग मोटाई (60 एनएम और 200 एनएम) का उपयोग करें। अल वाष्पीकरण दर के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए दो अलग वाष्पीकरण दर 5 Å/s और 15 Å/s का उपयोग करें ।
  4. एल्यूमीनियम वाष्पीकरण के बाद वाष्पीकरण कक्ष से नमूनों को हटा दें।
  5. मास्क से एल्यूमीनियम धारी के साथ ग्लास स्लाइड निकालें और जांच करें कि एल्यूमीनियम परत ठीक से जमा की गई थी या नहीं। इलेक्ट्रोड एनोडिज प्रक्रिया के लिए तैयार है।

4. एल्यूमीनियम परत की एनोडिनेटेशन प्रक्रिया

  1. बीकर के शीर्ष पर फिट होने वाले प्लास्टिक के ढक्कन में दो मगरमच्छ क्लिप कनेक्टर संलग्न करें। यह ढक्कन 3-डी प्रिंट किया जा सकता है।
  2. क्लिप कनेक्टर में से एक को ग्लास स्लाइड की एल्यूमीनियम पट्टी से जोड़ें और दूसरा सोने पर चढ़ाया स्टेनलेस-स्टील शीट (0.8 मिमी मोटी, 20 x 25 मिमी)। लगभग 2 सेमी की अलग दूरी के साथ दोनों इलेक्ट्रोड एक दूसरे की ओर सामना करें।
  3. 150 मीटर बीकर में इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान (पीएच समायोजन के बाद) के लगभग 150 मीटर का उपयोग करें। एनोडाइजेशन प्रक्रिया के दौरान समाधान को हिलाने के लिए एक छोटे चुंबकीय बार का उपयोग करें।
  4. बीकर को हीटिंग के साथ चुंबकीय उभारने वाले के शीर्ष पर रखें। तापमान को वांछित मूल्य (वर्तमान कागज में 40 डिग्री सेल्सियस और 60 डिग्री सेल्सियस) में समायोजित करें।
  5. क्लिप कनेक्टर्स से जुड़े प्लास्टिक के ढक्कन से बीकर को कवर करके इलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोलाइटिक सॉल्यूशन में विसर्जित करें।
  6. एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोड को सकारात्मक उत्पादन और गोल्डन-प्लेटेड स्टेनलेस-स्टील इलेक्ट्रोड को वर्तमान/वोल्टेज स्रोत और मापने वाली इकाई (SMU) के नकारात्मक उत्पादन से जोड़ें ।
  7. एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोड के जलमग्न क्षेत्र की गणना करें और वांछित वर्तमान घनत्व के बराबर एक निरंतर वर्तमान लागू होते हैं (हमने दो मूल्यों 0.45 एमए/सेमी2 और 0.65 एमए/सेमी2का उपयोग किया) और पूर्व-निर्धारित अंतिम मूल्य तक वोल्टेज की रैखिक वृद्धि की निगरानी करें (हमने वीएफ = 30 वी और वीएफ = 40 वी का उपयोग किया)।
  8. अंतिम वोल्टेज प्राप्त होने के बाद, एसएमयू को वर्तमान स्रोत से वोल्टेज स्रोत पर स्विच करें और शून्य (लगभग 5 किमी) के बगल में वर्तमान कमी के लिए पर्याप्त समय के दौरान लगातार वोल्टेज (अंतिम वोल्टेज के बराबर) लागू करें। एनोडाइजेशन प्रक्रिया के दौरान SMU को स्वचालित रूप से नियंत्रित करने के लिए पायथन 2.7 में एक स्क्रिप्ट का उपयोग करें। इस स्क्रिप्ट की एक प्रति अनुपूरक फाइल अनुभाग में उपलब्ध है।
  9. इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान से इलेक्ट्रोड निकालें, deionized पानी के साथ बहुतायत से कुल्ला, सीडीए या नाइट्रोजन के साथ सूखी और उपयोग तक अल/2
  10. डाइइलेक्ट्रिक लेयर पर एनीलिंग के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए, 1 घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में सब्सट्रेट्स को एनियल करें।

5. ZnO सक्रिय परत का बयान

  1. सक्रिय परत जमाव के लिए उपयुक्त यांत्रिक छाया मास्क में एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत के साथ सब्सट्रेट्स डालें।
  2. सब्सट्रेट्स को स्पंदन सिस्टम के चैंबर के अंदर मास्क के साथ रखें। एक ZnO (99.9%) का प्रयोग करें स्पंदन लक्ष्य। कक्ष बंद करें और खाली करने की प्रक्रिया शुरू करें।
  3. एआर दबाव को 1.2 x 10-2 टोर और आरएफ पावर को 75 डब्ल्यू में समायोजित करें और ZnO जमाव शुरू करें। 0.5 Å/s पर बयान दर को नियंत्रित करें ZnO बयान बंद करो जब सक्रिय परत मोटाई 40 एनएम प्राप्त करता है.
  4. चैंबर खोलकर सैंपल निकालें।

6. नाली और स्रोत इलेक्ट्रोड जमाव

  1. टीएफटी स्रोत/नाली इलेक्ट्रोड जमाव के लिए उपयुक्त यांत्रिक छाया मास्क में स्पलेट ZnO परत के साथ नमूनों को डालें । एक उपयुक्त नाली और स्रोत इलेक्ट्रोड स्पेसिंग 100 माइक्रोन है, जिसमें 5 मिमी का पार्श्व ओवरलैपिंग है। नाली/स्रोत मुखौटा डिजाइन का एक टेम्पलेट अनुपूरक फाइलों के साथ आपूर्ति की जाती है। इस तरह के एक विन्यास में, ध्यान दें कि दोनों नाली और स्रोत इलेक्ट्रोड समान हैं और डिवाइस ऑपरेशन पर परिवर्तन के बिना विनिमेय हो सकते हैं।
  2. थर्मल वाष्पीकरण प्रणाली के कक्ष के अंदर छाया मास्क से जुड़े नमूनों को रखें और एल्यूमीनियम वाष्पीकरण के लिए प्रक्रिया शुरू करें।
  3. सक्रिय परत के शीर्ष पर नाली/स्रोत इलेक्ट्रोड प्राप्त करने के लिए 5 Å/s की एक बयान दर पर एक १०० एनएम अल परत जमा, टीएफटी निर्माण प्रक्रिया परिष्करण ।
  4. वाष्पीकरण कक्ष से टीएफटी निकालें, जमा इलेक्ट्रोड की गुणवत्ता की जांच करें और उपयोग तक उन्हें प्रकाश से संरक्षित स्टोर करें।

7. टीएफटी विद्युत लक्षण वर्णन

  1. टीएफटी को सेमीकंडक्टर प्रोब स्टेशन या कस्टम सैंपल होल्डर पर रखें। बिजली के संपर्कों के लिए स्प्रिंग-प्रोब कनेक्टर का उपयोग करके गेट, नाली और स्रोत इलेक्ट्रोड कनेक्ट करें।
  2. जांच को दो-चैनल स्रोत-मापने वाली इकाई (अनुशंसित कीथले 2612B या इसी तरह) से कनेक्ट करें। चैनल 1 के "उच्च" आउटपुट/इनपुट और चैनल 2 के "उच्च" आउटपुट/इनपुट के लिए गेट इलेक्ट्रोड कनेक्ट करें। दोनों चैनलों के "कम" आउटपुट/इनपुट टर्मिनलों और स्रोत (या नाली) इलेक्ट्रोड को छोटा करें, जो कट गए ।
  3. विशेषता टीएफटी घटता प्राप्त करें। गेट(वीजी)पर लगातार वोल्टेज पूर्वाग्रह लागू करके आउटपुट वक्र प्राप्त करें और नाली-स्रोत वोल्टेज(वीडीएस)को व्यापक बनाएं और नाली-स्रोत वर्तमान(आईडीएस)रिकॉर्ड करके। गेट वोल्टेज(वीजी)को व्यापक करते हुए और नाली-स्रोत वोल्टेज(वीडीएस)स्थिर बनाए रखते हुए नाली-स्रोत वर्तमान(आईडीएस)रिकॉर्ड करके स्थानांतरण वक्र प्राप्त करें।
  4. गेट वोल्टेज बनाम नाली वर्तमान के वर्ग जड़ प्लॉट((मैंडीएस)1/2 बनाम वीजी)और वक्र ढलान से संतृप्ति शासन(μएस)में वाहक गतिशीलता प्राप्त करें और वक्र के रैखिक भाग के एक्स-एक्सिस अवरोधन से दहलीज वोल्टेज।
  5. यदि चाहता था, तो ट्रांजिस्टर घटता से अन्य प्रदर्शन मापदंडों का निर्धारण करें जैसाकिकहीं और वर्णित है।

8. ANOVA और डिवाइस प्रदर्शन पर डिजाइन कारकों का प्रभाव

  1. 8 निर्माण कारकों पर विचार करते हुए प्लैकेट-बर्मन मैट्रिक्स के आधार पर प्रयोग (डीओई) का डिजाइन सेट करने के लिए एक सॉफ्टवेयर का उपयोग करें। हमने चेमोफैसे का उपयोग किया, जो फेडरल यूनिवर्सिटी ऑफ लावरस (यूएफएला), ब्राजील30द्वारा विकसित एक स्वतंत्र, उपयोगकर्ता के अनुकूल सॉफ्टवेयर है।
  2. एनोडिज़ेशन पैरामीटरों के कारकों के रूप में उपयोग करें: i) अल परत की मोटाई; ii) अल वाष्पीकरण दर; iii) इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान में पानी की मात्रा; iv) इलेक्ट्रोलाइट का तापमान; v) इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान का पीएच; vi) एनोडाइजेशन के दौरान वर्तमान घनत्व; सातवीं) एनीलिंग तापमान और आठवीं) एनओडीाइजेशन का अंतिम वोल्टेज।
  3. प्रत्येक कारक के लिए, तालिका 1द्वारा दिए गए दो स्तरों पर विचार करें।
  4. टेबल 2द्वारा दिए गए डीओई सॉफ्टवेयर द्वारा सहायता प्राप्त प्लैकेट-बर्मन डिजाइन टेबल को इकट्ठा करें।
  5. तालिका 2से उत्पन्न 12 उत्पन्न "रन" के अनुसार निर्माण पैरामीटर को अलग करने वाले टीएफटी तैयार करें। प्रत्येक रन दो स्तर, आठ-मापदंडों के प्रयोग के लिए सभी 256 (28)संभावित संयोजनों को करने की आवश्यकता के बिना निर्माण कारकों का एक प्रतिनिधि भिन्नता प्रदान करता है।
  6. प्रत्येक रन के विनिर्माण निर्देशों का पालन करते हुए टीएफटी लक्षण वर्णन (जैसे, संतृप्ति में टीएफटी गतिशीलता) से प्रदर्शन डेटा के साथ सॉफ्टवेयर से डीओई टेबल को खिलाएं।
  7. विश्लेषण के लिए स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या बढ़ाने के लिए एक ही निर्माण कारकों का उपयोग करके विभिन्न उपकरणों से कई प्रतिकृति जोड़ें।
  8. डेटा से एनोवा प्रदर्शन करें और आउटपुट का विश्लेषण करें ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि कौन से एनोडिंग पैरामीटर टीएफटी प्रदर्शन को सबसे अधिक प्रभावित करते हैं।

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Representative Results

आठ अलग-अलग एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत निर्माण मापदंडों का उपयोग निर्माण कारकों के रूप में किया जाता था जिसे हम टीएफटी प्रदर्शन पर प्रभाव का विश्लेषण करने के लिए उपयोग करते थे। इन कारकों को तालिका 1में गिना जाता है, जहां दो स्तर के कारक डो के लिए संबंधित "कम" (-1) और "उच्च" (+1) मूल्य प्रस्तुत किए जाते हैं।

सादगी के लिए, प्रत्येक विनिर्माण कारक को क्रमशः -1 और +1 द्वारा प्रतिनिधित्व किए गए पूंजी पत्र (ए, बी, सी, आदि) और संबंधित "निम्न" या "उच्च" स्तर द्वारा नामित किया गया था। Placket-Burman डो मैट्रिक्स आठ दो स्तरों में बदलती कारकों पर विचार 12 प्रयोगात्मक रन, तालिका 2द्वारा दिए गए स्तरों के संयोजन के साथ ।

तालिका 2 से प्रत्येक प्रयोगात्मक रन समान अपेक्षित विशेषताओं के साथ ट्रांजिस्टर के एक सेट के डाइइलेक्ट्रिक परत के रूप में उपयोग की जाने वाली अल2ओ3 परत का उत्पादन करने के लिए उपयोग की जाने वाली निर्माण स्थितियों को परिभाषित करता है। ट्रांजिस्टर के प्रत्येक सेट को टीएफटी आउटपुट और ट्रांसफर वक्र्स की विशेषता थी। टीएफटी संतृप्ति शासन में गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, हम चैनल वर्तमान(आईडी)और गेट वोल्टेज के बीच संबंधका उपयोग करते हैं:

Equation 4(3)

जहां डब्ल्यू चैनल चौड़ाई, एल,चैनल की लंबाई, और सीआई,प्रति यूनिट क्षेत्र डाइइलेक्ट्रिक लेयर कैपेसिटी है। टेबल 2 से रन #3 द्वारा दिए गए विनिर्माण मापदंडों के अनुसार निर्मित टीएफटी के लिए स्थानांतरण वक्र को चित्रा 1में दिखाया गया है । मैंडी1/2बनाम। वीजी वक्र को चित्रा 1में भी चित्रित किया गया है, जिससे टैकर की ढलान से टीएफटी गतिशीलता(μ)के मूल्यांकन और रैखिक क्षेत्र के एक्सपेरिमेंट से क्षैतिज धुरी तक थ्रेसहोल्ड वोल्टेज(वीth)का मूल्यांकन किया जा सकता है।

12 रन मापदंडों के अनुसार सभी निर्मित ट्रांजिस्टर के लिए गतिशीलता के लिए मूल्यों की गणना एक मेज में की गई थी और इसका उपयोग डीओई/एनोवा विश्लेषण सॉफ्टवेयर (Chemoface) का उपयोग करके इकट्ठे हुए पीबी डीओई के इनपुट को खिलाने के लिए किया जाता था । निर्माण मापदंडों के प्रत्येक सेट के लिए, 6 दोहराया TFTs बनाया गया था, ७२ उपकरणों में जिसके परिणामस्वरूप । एनोवा प्रदर्शन करके, सबसे महत्वपूर्ण कारकों को रैंक करना संभव है, जिसे चित्रा 2एमें दिखाए गए प्रभावों के परेटो चार्ट का उपयोग करके रेखांकन रूप से व्यक्त किया जा सकता है। चित्रा 2 प्रतिक्रिया पैरामीटर के रूप में टीएफटी गतिशीलता पर विचार विश्लेषण से परिणाम प्रस्तुत करता है । इसी तरह का विश्लेषण विभिन्न डिवाइस प्रतिक्रिया मापदंडों (ऑन/ऑफ रेशियो, वीटीएच,आदि) के लिए किया जा सकता है । चित्रा 2b प्रभाव और इसी कारक महत्व की मेज से पता चलता है। परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि टीएफटी गतिशीलता के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक अंतिम वोल्टेज (एच) है जिसका उपयोग एनोडाइजेशन प्रक्रिया के दौरान किया जाता है। अंतिम वोल्टेज सीधे डाइइलेक्ट्रिक परत मोटाई के आनुपातिक है। विकास अनुपात लगभग 1.2 एनएम/वी है, जिसका परिणाम है, उदाहरण के लिए, 40 वी के अंतिम वोल्टेज का उपयोग करते समय 48 एनएम मोटी परत में। अन्य महत्वपूर्ण कारक (निम्नलिखित क्रम में): अल वाष्पीकरण दर (कारक बी), अल परत (कारक ए) की मोटाई, इलेक्ट्रोलाइट (कारक सी) में पानी की मात्रा और इलेक्ट्रोलाइट (कारक ई) के पीएच थे। इसके अलावा, सभी महत्वपूर्ण कारक "नकारात्मक" पाए गए, जिसका अर्थ है कि टीएफटी गतिशीलता कम हो जाती है क्योंकि कारक तालिका 1द्वारा दिए गए "उच्च" (+1) स्तर में बदल जाता है। विनिर्माण कारकों के महत्व का उपयोग वर्तमान मामले में एक विशेष प्रतिक्रिया पैरामीटर (टीएफटी गतिशीलता) के लिए अनुकूलित टीएफटी प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए एक दिशा के रूप में किया जा सकता है।

Figure 1
चित्रा 1: रन #3 के अनुसार निर्मित टीएफटी से प्राप्त स्थानांतरण वक्र। (आईडीएस)1/2 बनाम वी जीकी ढलान टीएफटी गतिशीलता के निर्धारण और एक्स-एक्सिस, दहलीज वोल्टेज(वीth)के साथ अवरोधन की अनुमति देती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: (क) टीएफटी गतिशीलता पर प्रभाव का परेटो चार्ट। (ख)प्रभाव ों की तालिका और इसी कारक महत्व। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

कारकों इकाई "कम" मूल्य (-1) "उच्च" मूल्य (+1)
एक अल-परत की मोटाई एनएम 60 200
बी अल वाष्पीकरण दर Å /s 5 15
सी H2O सामग्री % 16 30
D इलेक्ट्रोलाइट का तापमान सी 40 60
ई इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान का पीएच - 6 5
F वर्तमान घनत्व एमए/सेमी2 0.45 0.65
जी एनियलिंग सी थर्मल उपचार नहीं 150 ओसी पर एनीलेड
एच अंतिम वोल्टेज V 30 40

तालिका 1: एल्यूमीनियम ऑक्साइड टीएफटी डाइइलेक्ट्रिक लेयर के विनिर्माण मापदंड। प्रत्येक कारक में एक समान "कम" (-1) या "उच्च" (+1) मूल्य होता है।

चलाना एक बी सी D ई F जी एच
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
2 1 -1 1 1 -1 1 1 1
3 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1
4 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1
5 1 1 -1 1 1 1 -1 -1
6 -1 1 -1 1 1 -1 1 1
7 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1
8 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1
9 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1
10 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1
11 -1 1 1 -1 1 1 1 -1
12 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1

तालिका 2: Plackett-बर्मन (पीबी) प्रयोग मैट्रिक्स के डिजाइन

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Discussion

डाइइलेक्ट्रिक प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली एनोडाइजेशन प्रक्रिया का लगातार सभी ज्यामितीय मापदंडों और सक्रिय के निर्माण मापदंडों को ध्यान में रखते हुए, निर्मित टीएफटी के प्रदर्शन पर एक मजबूत प्रभाव पड़ता है। टीएफटी गतिशीलता के लिए, जो टीएफटी के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन मापदंडों में से एक है, यह तालिका I द्वारा दी गई सीमा में विनिर्माण कारकों को बदलकर परिमाण के 2 से अधिक आदेश भिन्न हो सकता है। इसलिए, एनोडिजअल2ओ3 गेट डाइइलेक्ट्रिक्स वाले उपकरणों को गढ़ते समय एनोडिज़ेशन पैरामीटर्स का सावधानीपूर्वक नियंत्रण बहुत महत्वपूर्ण है। सेमीकंडक्टर/डाइइलेक्ट्रिक लेयर पर शुल्क/डिपोल के कारण स्थानीयकृत राज्यों की उपस्थिति डिवाइस प्रदर्शन में परिवर्तन के सबसे महत्वपूर्ण कारणों में से एक है, विशेष रूप से टीएफटी गतिशीलता के लिए । उपकरण लक्षण वर्णन से विद्युत मापदंडों की नकली भिन्नता से बचने के लिए सब्सट्रेट सफाई बहुत महत्वपूर्ण है। क्षारीय अवशेष-मुक्त डिटर्जेंट का उपयोग, सब्सट्रेट्स को बहुतायत से धोने के लिए डिओनाइज्ड पानी का उपयोग, सब्सट्रेट सफाई और प्लाज्मा सफाई के लिए विश्लेषणात्मक शुद्ध एसीटोन और आइसोप्रोपेनॉल का उपयोग सब्सट्रेट्स की सफाई और प्रक्रिया की पुनर्उत्पादन क्षमता को आश्वस्त करने के लिए अत्यधिक महत्व पूर्ण है। एनोडाइज्ड लेयर के बढ़ने के बाद सब्सट्रेट्स को रिंसिंग और सुखाने का काम भी अत्यधिक सावधानी के साथ किया गया है । इलेक्ट्रोलाइट के पीएच का नियंत्रण, इलेक्ट्रोलाइट के तापमान का और एनोडाइजेशन के दौरान इलेक्ट्रोलाइट समाधान को हिलाते हुए भी परिणामों की यादृच्छिक भिन्नता के स्रोत हैं। धूल से संदूषण भी एक साफ कमरे या एक टुकड़े टुकड़े टुकड़े कैबिनेट के अंदर सभी कदम प्रदर्शन करके टाला जाना चाहिए । इलेक्ट्रोलाइट में उपयोग किया जाने वाला एसिड का प्रकार भी एनोडिओडाइजेशन प्रक्रिया को दृढ़ता से प्रभावित करता है, हालांकि, क्योंकि इस तरह के कारक के प्रभाव को डीओई में ठीक से निर्धारित नहीं किया जा सकता है, हमने केवल टार्टारिक एसिड का उपयोग किया, जिसके परिणामस्वरूप एनोडिज़ेशन के लिए अच्छे परिणाम होते हैं।

प्रत्येक विनिर्माण कारक के महत्व को निर्धारित करने के लिए ANOVA का उपयोग डिवाइस प्रदर्शन अनुकूलन के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली उपकरण है। हालांकि, विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए, यह गारंटी देना आवश्यक है कि विश्लेषण किए गए प्रतिक्रिया पैरामीटर में भिन्नता कारक भिन्नता के कारण है न कि गलत प्रयोगात्मक प्रक्रिया से। एक महत्वपूर्ण बिंदु प्रत्येक प्रयोगात्मक रन के रूप में संभव के रूप में कई प्रतिकृति बनाने के लिए है । हालांकि इससे उन प्रयोगों की संख्या बढ़ जाती है जिन्हें करने की आवश्यकता होती है, लेकिन यह प्रायोगिक डिजाइन की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या में वृद्धि करके विश्लेषण विश्वसनीयता को बढ़ाता है। वर्तमान प्रक्रिया में अपनाई गई एक अच्छी रणनीति 3 टीएफटी प्रत्येक के साथ 2 नमूनों का उत्पादन करना था । इसलिए, प्रायोगिक रन को सिर्फ एक बार दोहराया गया था, लेकिन हमारे पास विभिन्न उपकरणों से 6 दोहराए गए परिणाम थे। यह भी एक ही सब्सट्रेट (एक ही dielectric और अर्धचालक परतों) से TFTs के लिए विचरण का मूल्यांकन करने की अनुमति दी और विभिन्न सब्सट्रेट्स (विभिन्न dielectric और अर्धचालक परतों से TFTs के लिए, लेकिन एक ही प्रक्रिया के अनुसार निर्मित) । यदि विनिर्माण कारकों में पर्याप्त परिवर्तन के कारण भिन्नता की तुलना में समान विनिर्माण कारकों के अनुसार निर्मित उपकरणों के विचरण कम हैं, तो प्रक्रिया की पुन: उत्पादकता स्वीकार्य है ।

जैसा कि पहले जोर दिया गया है, प्रयोगों का Plackett-बर्मन डिजाइन कारकों की एक उच्च संख्या के साथ प्रयोगों के लिए बहुत सुविधाजनक है, क्योंकि यह प्रयोगों की संख्या में काफी कमी की अनुमति देता है । 8 प्रायोगिक कारकों के लिए, पूर्ण कारक डिजाइन की तुलना में प्रयोगों की संख्या 256 (28)से घटकर केवल 12 हो जाती है। हालांकि, इस कमी की लागत है कि कारकों के बीच बातचीत का मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है । इसलिए, उन प्रणालियों के लिए जो क्रॉस-फैक्टर्स के प्रभाव के प्रासंगिक होने की उम्मीद है, पीबीडी सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। एक संभावना के लिए एक PBD का उपयोग करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारकों स्क्रीन और, एक दूसरे क्षण में, PBD से सबसे महत्वपूर्ण कारकों के लिए एक पूर्ण कारक डिजाइन का उपयोग करने के लिए कारक बातचीत के प्रभाव का निर्धारण है ।

विश्लेषण में प्रायोगिक डिजाइन सॉफ्टवेयर चेमोफैस30 का उपयोग वैकल्पिक है और परिणाम इसके लिए निर्भर नहीं होने चाहिए। सिस्टम प्रतिक्रिया पर कारकों के प्रभावों को निर्धारित करने के लिए आवश्यक सभी गणनाओं को मैन्युअल रूप से (अत्यंत समय लेने वाली) किया जा सकता है, एक कस्टम कंप्यूटर-सहायता स्क्रिप्ट द्वारा, या मिनीटैब या डिजाइन-विशेषज्ञ जैसे अन्य पेशेवर सॉफ्टवेयर द्वारा। हालांकि, चेमोफेस एक उपयोगकर्ता के अनुकूल और लागत मुक्त इंटरफ़ेस है जो बिना किसी प्रतिबंध के डाउनलोड के लिए उपलब्ध है।

वर्तमान काम धातु एल्यूमीनियम के एनोडाइजेशन द्वारा उगाई गई अल2ओ3 डाइइलेक्ट्रिक परत वाले पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के निर्माण की व्यवहार्यता को दर्शाता है। इस प्रक्रिया को आसानी से लचीला सब्सट्रेट्स तक बढ़ाया जा सकता है, जिससे लचीले इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति मिल सकती है। ANOVA के लिए संयुक्त प्रयोगों के Plackett-Burman डिजाइन का उपयोग डिवाइस प्रतिक्रिया में विनिर्माण कारकों के प्रभाव को स्क्रीन करने के लिए एक त्वरित और शक्तिशाली तरीका है, टीएफटी प्रदर्शन अनुकूलन की अनुमति ।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक साओ पाउलो रिसर्च फाउंडेशन-FAPESP-ब्राजील (अनुदान 19/05620-3, 19/08019-9, 19/01671-2, 16/03484-7 और 14/13904-8) और रॉयल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग से अनुसंधान सहयोग कार्यक्रम न्यूटन फंड से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं । लेखक फिल्मांकन उपकरण उपलब्ध कराने के लिए बी एफ दा सिल्वा, जेपी ब्रागा, जेबी कैंटुरिया, जीआर डी लीमा और जीए डी लीमा सोब्रिन्हो और प्रो मार्सेलो डी कार्वाल्हो बोरबा के समूह (आईजीसीई/यूएनईएसपी) से तकनीकी सहायता को भी स्वीकार करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone LabSynth A1017 ACS reagent grade
Aluminum (Al) Wire Evaporation Kurt J. Lesker Company EVMAL40060 1.5 mm (0.060") Dia.; 1lb; 99.99%
Ammonium hydroxide solution Sigma Aldrich 338818 ACS reagent, 28.0-30.0% NH3 basis
Chemoface - Software to set a design of experiment (DOE) Federal University of Lavras (UFLA), Brazil Free software developed by Federal University of Lavras (UFLA), Brazil - http://www.ufla.br/chemoface/
Cleaning detergent Sigma Aldrich Alconox Alkaline detergent for substrate cleaning
Ethylene glycol Sigma Aldrich 102466 ReagentPlus, ≥99%
Isopropanol LabSynth A1078 ACS reagent grade
Glass substrates Sigma Aldrich CLS294775X50 Corning microscope slides, plain
L-(+)-Tartaric acid Sigma Aldrich T109 ≥99.5%
Mechanical shadow mask for deposition of the sputtered ZnO active layer Lasertools, Brazil custom mask 10 mm x 10 mm square.
Mechanical shadow mask for TFT gate electrode Lasertools, Brazil custom mask 25 mm long stripe, 3 mm wide.
Mechanical shadow mask for TFT source/drain electrodes Lasertools, Brazil custom mask 100 µm stripes, separated by 100 µm gap, overlapping of 5 mm
Plasma cleaner MTI PDC-32G Campact plasma cleaner with vacuum pump
Sputter coating system HHV Auto 500 RF sputtering system with thickness and deposition rate control
Stiring plate Sun Valley MS300 Stiring plate with heating control
Thermal evaporator HHV Auto 306 it has a high precision sensor for measure the thickness and rate of deposition of thin films
Two-channel source-measuring unit Keithley 2410 Keithley model 2410 or similar/for anodization process
Two-channel source-measuring unit Keithley 2612B Dual channel source-measure unit (SMU) for TFT measurements
Ultrasonic bath Soni-tech Soni-top 402A Ultrasonic bath with heating control
Zinc Oxide (ZnO) Sputtering Targets Kurt J. Lesker Company EJTZNOX304A3 3.0" Dia. x 0.250" Thick; 99.9%

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References

  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).

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Gomes, T. C., Kumar, D., Alves, N., Kettle, J., Fugikawa-Santos, L. The Effect of Anodization Parameters on the Aluminum Oxide Dielectric Layer of Thin-Film Transistors. J. Vis. Exp. (159), e60798, doi:10.3791/60798 (2020).

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