全書共7章,全面介紹了平板顯示器中核心驅(qū)動元件——多元非晶氧化物薄膜晶體管(TFT)的原理、結(jié)構(gòu)、表征,以及其在超高清大屏顯示、3D顯示、透明顯示、柔性顯示等新一代顯示技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢,反映了當(dāng)前多元非晶氧化物的性能、制備技術(shù)及發(fā)展的前沿信息。本書還結(jié)合實例,基于第一性原理計算介紹了復(fù)雜多元氧化物半導(dǎo)體材料的模型構(gòu)建和物理特性,并基于浸漬提拉工藝較完整地介紹了低成本制備的新型非晶氧化物溝道層材料和有機介質(zhì)層材料的工藝條件、性能、組成成分,以及由其構(gòu)成的TFT器件制備流程、影響器件性能的關(guān)鍵因素。
在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中,顯示技術(shù)和顯示器件作為人機交互的主要樞紐/界面,進(jìn)入了加速發(fā)展的時期。經(jīng)過技術(shù)的不斷革新,平板顯示器已取代了早期傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器,成為顯示技術(shù)市場的主流產(chǎn)品,并需要向大尺寸、超高清、裸眼3D、全透明、可卷曲、低功耗的方向發(fā)展。
平板顯示器的核心驅(qū)動元件——多元非晶氧化物半導(dǎo)體(AOS)薄膜晶體管(TFT),憑借遷移率高、可見光透明性好以及均勻性優(yōu)良等特點,有望突破傳統(tǒng)硅基TFT的技術(shù)瓶頸,從而推動新一代顯示技術(shù)蓬勃發(fā)展。
目前,基于多元非晶In-Ga-Zn-O(a-IGZO)溝道層薄膜晶體管的研究已取得了一些實質(zhì)性的進(jìn)展。然而,In、Ga的消耗與日俱增,價格持續(xù)上漲,因此開發(fā)少含甚至不含In和Ga的新型AOS溝道層材料成為本領(lǐng)域的一個重要研究方向之一。此外,為了推動透明顯示和柔性顯示等新一代顯示技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)可低溫制備(<150 aC)且具備較好光學(xué)和電學(xué)性能,同時適用于AOS TFT的介質(zhì)層具有重要的現(xiàn)實意義。近年來,為了降低工業(yè)化成本,溶膠凝膠法制備AOS TFT受到了研究人員的青睞。已報道的基于溶膠凝膠法的AOS TFT主要是采用旋涂或噴墨打印工藝成膜。事實上,浸漬提拉法作為一種成本低廉、操作簡單且適合大面積均勻成膜的工藝,同樣值得被開發(fā)用于AOS TFT中溝道層和介質(zhì)層的研制。更值得注意的是,相比傳統(tǒng)濺射法而言,基于溶膠凝膠法制備AOS TFT的器件遷移率普遍偏低,器件性能有待提升。基于上述研究背景,本書基于溶膠凝膠法的浸漬提拉工藝研制了非晶La-Zn-Sn-0(a-LZTO)以及非晶Al-In-Zn-0(a-AIZO)的兩種多元AOS溝道層薄膜材料,并以a-LZTO和a-AIZO薄膜作為溝道層,嘗試以有機聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料(同樣采用浸漬提拉工藝制備)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無機Si02、SiNx、Al203等作為介質(zhì)層,從而將無機多元a-LZTO、a-AIZO溝道層和有機PMMA介質(zhì)層材料的優(yōu)點結(jié)合起來,研制了混合型、頂柵結(jié)構(gòu)a-LZTO TFT和a-AIZO TFT器件。
全書共分7章,主要內(nèi)容是:第1章全面介紹了平板顯示器中核心驅(qū)動元件——多元非晶氧化物薄膜晶體管的工作原理、器件結(jié)構(gòu)、性能表征,以及其在超高清大屏顯示、3D顯示、透明顯示以及柔性顯示等新一代顯示技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢;系統(tǒng)介紹了多元非晶氧化物薄膜晶體管國內(nèi)外的研究進(jìn)展。第2章介紹了多元非晶氧化物薄膜及其晶體管器件研制過程中涉及的制備方法和表征手段。第3章、第4章和第5章詳細(xì)介紹了基于浸漬提拉法低成本制備的兩種新型非晶氧化物溝道層材料和一種有機介質(zhì)層材料的組成成分、制備工藝條件,以及由其構(gòu)成的多元非晶氧化物TFT器件的制備流程,探討影響多元非晶氧化物TFT性能的關(guān)鍵參數(shù)和影響機理。第6章通過一具體的多元氧化物材料(如Al-In-Zn-0)為實例,嘗試基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,從電子和原子水平對材料的物理特性進(jìn)行預(yù)測,揭示多元氧化物材料中的缺陷態(tài)及摻雜原子對材料宏觀性能影響的物理本質(zhì)。第7章對未來研究趨勢進(jìn)行了預(yù)測和展望。
衷心感謝復(fù)旦大學(xué)張群教授對書中研究工作的寶貴指導(dǎo)與討論,并同樣感激貴州民族大學(xué)的同事、朋友和家人的支持與幫助。本書涉及的一些研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)基金(61504031)、貴州省自然科學(xué)基金(黔科合LH字[2014]7388號)和貴州民族大學(xué)校人才引進(jìn)項目(15XRY009)的資助,在此也表示衷心的感謝。
由于作者水平所限,書中難免存在錯漏之處,敬請讀者批評指正。
第1章 緒論
1.1 薄膜晶體管的技術(shù)特點
1.2 氧化物材料及多元非晶氧化物TFT的優(yōu)勢
1.2.1 氧化物材料
1.2.2 多元非晶氧化物TFT的優(yōu)勢
1.3 多元非晶氧化物TFT的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能表征
1.3.1 多元非晶氧化物TFT的結(jié)構(gòu)
1.3.2 多元非晶氧化物TFT的工作原理
1.3.3 多元非晶氧化物TFT的性能指標(biāo)
1.4 多元非晶氧化物TFT的研究現(xiàn)狀
1.4.1 多元非晶氧化物溝道層的研究
1.4.2 介質(zhì)層材料的研究
1.4.3 電極材料的研究
1.4.4 器件結(jié)構(gòu)的研究
1.4.5 多元非晶氧化物TFT在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.5 選題意義及研究內(nèi)容
參考文獻(xiàn)
第2章 多元非晶氧化物TFT的制備及表征
2.1 多元非晶氧化物TFT的成膜工藝
2.1.1 溶膠凝膠法
2.1.2 真空蒸發(fā)法
2.2 多元非晶氧化物TFT的結(jié)構(gòu)與制備流程
2.3 表征方法
2.3.1 溶膠的熱重分析
2.3.2 薄膜的厚度測試
2.3.3 薄膜的結(jié)構(gòu)分析測試
2.3.4 薄膜光學(xué)性能測試
2.3.5 薄膜電學(xué)性能測試
2.3.6 薄膜晶體管電學(xué)性能測試
參考文獻(xiàn)
第3章 非晶La-Zn-Sn-O溝道層及其薄膜晶體管的研究
3.1 概述
3.2 La-Zn-Sn-O溝道層薄膜及其薄膜晶體管的制備
3.3 溶膠的TGA測試
3.4 La-Zn-Sn-O薄膜結(jié)構(gòu)與性能的研究
3.4.1 La含量對薄膜特性的影響
3.4.2 膜厚對薄膜特性的影響
3.5 非晶La-Zn-Sn-O薄膜晶體管電學(xué)性能的研究
3.5.1 溝道層La含量對薄膜晶體管性能的影響
3.5.2 溝道層厚度對薄膜晶體管性能的影響
3.6 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 非晶A1-In-Zn-O溝道層及其薄膜晶體管的研究
4.1 概述
4.2 A1-In-Zn-O溝道層薄膜及其薄膜晶體管的制備
4.3 溶膠的TGA測試
4.4 A1-In-Zn-O薄膜結(jié)構(gòu)與性能的研究
4.4.1 A1含量對薄膜特性的影響
4.4.2 退火溫度對薄膜特性的影響
4.5 非晶A1-In-Zn-O薄膜晶體管電學(xué)性能的研究
4.5.1 溝道層A1含量對薄膜晶體管性能的影響
4.5.2 溝道層退火溫度對薄膜晶體管性能的影響
4.5.3 高/低電阻率雙溝道層薄膜晶體管的制備及性能的研究
4.6 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 有機聚甲基丙烯酸甲酯介質(zhì)層的研究
5.1 概述
5.2 介質(zhì)層薄膜的制備
5.3 溶膠的TGA測試
5.4 介質(zhì)層薄膜的性能分析
5.4.1 薄膜的表面形貌
5.4.2 薄膜的光學(xué)性能
5.4.3 薄膜的介電特性
5.5 介質(zhì)層厚度對薄膜晶體管性能的影響
5.6 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章 氧空位及A1摻雜IZO電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究
6.1 概述
6.2 密度泛函理論
6.2.1 Hohenberg-Kohn定理
6.2.2 自洽Kohn-Sham方程
6.2.3 局域密度近似
6.3 模型構(gòu)建與計算方法
6.4 理想IZO電子結(jié)構(gòu)的理論計算與分析
6.5 氧空位缺陷對IZO電子結(jié)構(gòu)的影響
6.6 A1摻雜對IZO電子結(jié)構(gòu)的影響
6.7 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 結(jié)論與展望
7.1 結(jié)論在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中,顯示技術(shù)和顯示器件作為人機交互的主要樞紐/界面,進(jìn)入了加速發(fā)展的時期。經(jīng)過技術(shù)的不斷革新,平板顯示器已取代了早期傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器,成為顯示技術(shù)市場的主流產(chǎn)品,并需要向大尺寸、超高清、裸眼3D、全透明、可卷曲、低功耗的方向發(fā)展。
平板顯示器的核心驅(qū)動元件——多元非晶氧化物半導(dǎo)體(AOS)薄膜晶體管(TFT),憑借遷移率高、可見光透明性好以及均勻性優(yōu)良等特點,有望突破傳統(tǒng)硅基TFT的技術(shù)瓶頸,從而推動新一代顯示技術(shù)蓬勃發(fā)展。
目前,基于多元非晶In-Ga-Zn-O(a-IGZO)溝道層薄膜晶體管的研究已取得了一些實質(zhì)性的進(jìn)展。然而,In、Ga的消耗與日俱增,價格持續(xù)上漲,因此開發(fā)少含甚至不含In和Ga的新型AOS溝道層材料成為本領(lǐng)域的一個重要研究方向之一。此外,為了推動透明顯示和柔性顯示等新一代顯示技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)可低溫制備(<150 aC)且具備較好光學(xué)和電學(xué)性能,同時適用于AOS TFT的介質(zhì)層具有重要的現(xiàn)實意義。近年來,為了降低工業(yè)化成本,溶膠凝膠法制備AOS TFT受到了研究人員的青睞。已報道的基于溶膠凝膠法的AOS TFT主要是采用旋涂或噴墨打印工藝成膜。事實上,浸漬提拉法作為一種成本低廉、操作簡單且適合大面積均勻成膜的工藝,同樣值得被開發(fā)用于AOS TFT中溝道層和介質(zhì)層的研制。更值得注意的是,相比傳統(tǒng)濺射法而言,基于溶膠凝膠法制備AOS TFT的器件遷移率普遍偏低,器件性能有待提升。基于上述研究背景,本書基于溶膠凝膠法的浸漬提拉工藝研制了非晶La-Zn-Sn-0(a-LZTO)以及非晶Al-In-Zn-0(a-AIZO)的兩種多元AOS溝道層薄膜材料,并以a-LZTO和a-AIZO薄膜作為溝道層,嘗試以有機聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料(同樣采用浸漬提拉工藝制備)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無機Si02、SiNx、Al203等作為介質(zhì)層,從而將無機多元a-LZTO、a-AIZO溝道層和有機PMMA介質(zhì)層材料的優(yōu)點結(jié)合起來,研制了混合型、頂柵結(jié)構(gòu)a-LZTO TFT和a-AIZO TFT器件。
全書共分7章,主要內(nèi)容是:第1章全面介紹了平板顯示器中核心驅(qū)動元件——多元非晶氧化物薄膜晶體管的工作原理、器件結(jié)構(gòu)、性能表征,以及其在超高清大屏顯示、3D顯示、透明顯示以及柔性顯示等新一代顯示技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢;系統(tǒng)介紹了多元非晶氧化物薄膜晶體管國內(nèi)外的研究進(jìn)展。第2章介紹了多元非晶氧化物薄膜及其晶體管器件研制過程中涉及的制備方法和表征手段。第3章、第4章和第5章詳細(xì)介紹了基于浸漬提拉法低成本制備的兩種新型非晶氧化物溝道層材料和一種有機介質(zhì)層材料的組成成分、制備工藝條件,以及由其構(gòu)成的多元非晶氧化物TFT器件的制備流程,探討影響多元非晶氧化物TFT性能的關(guān)鍵參數(shù)和影響機理。第6章通過一具體的多元氧化物材料(如Al-In-Zn-0)為實例,嘗試基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,從電子和原子水平對材料的物理特性進(jìn)行預(yù)測,揭示多元氧化物材料中的缺陷態(tài)及摻雜原子對材料宏觀性能影響的物理本質(zhì)。第7章對未來研究趨勢進(jìn)行了預(yù)測和展望。
衷心感謝復(fù)旦大學(xué)張群教授對書中研究工作的寶貴指導(dǎo)與討論,并同樣感激貴州民族大學(xué)的同事、朋友和家人的支持與幫助。本書涉及的一些研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)基金(61504031)、貴州省自然科學(xué)基金(黔科合LH字[2014]7388號)和貴州民族大學(xué)校人才引進(jìn)項目(15XRY009)的資助,在此也表示衷心的感謝。
由于作者水平所限,書中難免存在錯漏之處,敬請讀者批評指正。