寧波材料所低溫電子學(xué)器件性能掣肘-高k介電薄膜的室溫制備獲得進展
透明氧化物薄膜晶體管是近年來的研究熱點之一,它在透明顯示技術(shù)、透明電路等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。在透明導(dǎo)電基片(如ITO玻璃)上實現(xiàn)高質(zhì)量高k介電薄膜的大面積均勻制備是構(gòu)筑透明氧化物薄膜晶體管的第一步。然而,較之硅襯底,ITO玻璃表面粗糙且不能經(jīng)受高溫,是在ITO玻璃上制備介電薄膜時需要解決的主要難點。
寧波材料所納米事業(yè)部科研人員采用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)成功實現(xiàn)了在ITO玻璃上氧化鋁高k介電薄膜的室溫制備。在濺射過程中適當(dāng)施加襯底偏壓制備的薄膜在1 MV/cm處漏電流低至10-8 A/cm2,擊穿電場達(dá)2.7 MV/cm,單位面積電容約0.51 fF/μm2,這些參數(shù)已滿足薄膜晶體管應(yīng)用的要求。

不同襯底偏壓下氧化鋁薄膜的漏電流密度-外加電場曲線
同時,還發(fā)展了基于橢偏偏振光譜測量和分析的方法,用于研究介電薄膜中帶尾態(tài)和深能級缺陷態(tài)隨制備條件的演化規(guī)律。

氧化鋁薄膜中帶尾態(tài)和深能級缺陷態(tài)隨襯底偏壓的變化關(guān)系
此外,還發(fā)現(xiàn)電極/介電界面水解反應(yīng)的發(fā)生是導(dǎo)致高空隙率氧化鋁薄膜呈高漏電流性狀的主要原因。在濺射過程中施加襯底偏壓可有效降低氧化鋁薄膜的孔隙率,提高電學(xué)性能。
發(fā)生水解反應(yīng)后氧化鋁薄膜上銅電極的光學(xué)照片
相關(guān)成果已在ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 2255-2261, 2014上發(fā)表。
以上研究工作得到國家重大基礎(chǔ)研究計劃納米專項、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
(納米事業(yè)部)