科学家为下一代显示技术制造稳定 高迁移率的晶体管

由于其低成本和高电子(电荷载流子)迁移率，非晶氧化物半导体 (AOS) 是下一代显示技术的一个有前途的选择。尤其是高移动性对于高速图像至关重要。但 AOS 也有一个明显的缺点，阻碍了它们的商业化——移动性与稳定性的权衡。

TFT 稳定性的核心测试之一是“负偏置温度应力”(NBTS) 稳定性测试。两种感兴趣的 AOS TFT 是氧化铟镓锌 (IGZO) 和氧化铟锡锌 (ITZO)。IGZO TFT具有较高的NBTS稳定性但迁移率较差，而ITZO TFT则具有相反的特性。这种权衡的存在是众所周知的，但到目前为止还没有理解它为什么会发生。

在最近发表在Nature Electronics 上的一项研究中，来自的一组科学家现在报告了这种权衡的解决方案。“在我们的研究中，我们专注于 NBTS 稳定性，这通常使用“电荷捕获”来解释。这描述了累积电荷进入下层基板的损失。然而，我们怀疑这是否能解释我们在 IGZO 和 ITZO TFT 中看到的差异，因此我们专注于载流子密度变化或 AOS 本身的费米能级变化的可能性，”东京理工大学 Junghwan Kim 助理教授解释说，谁负责这项研究。

为了研究 NBTS 的稳定性，该团队使用了“具有双层有源沟道结构的底栅 TFT”，包括一个 NBTS 稳定的 AOS (IGZO) 层和一个 NBTS 不稳定的 AOS (ITZO) 层。然后，他们对 TFT 进行了表征，并将结果与​​使用电荷俘获和费米能级位移模型执行的器件模拟进行了比较。

他们发现实验数据与费米能级位移模型一致。“获得这些信息后，下一个问题是，'控制 AOS 迁移率的主要因素是什么?'”金教授说。

AOS TFT 的制造会将包括一氧化碳 (CO) 在内的杂质引入 TFT，尤其是在 ITZO 情况下。该团队发现 AOS 和非预期杂质之间发生了电荷转移。在这种情况下，CO 杂质向 TFT 的有源层提供电子，这会导致费米能级偏移和 NBTS 不稳定性。“这种基于 CO 的电子捐赠机制取决于导带最小值的位置，这就是为什么您会在 ITZO 等高迁移率 TFT 中看到它，而在 IGZO 中看不到它，”Kim 教授详细说明。

有了这些知识，研究人员通过在 400°C 下处理 TFT 开发了一种不含 CO 杂质的 ITZO TFT，并发现它是稳定的 NBTS。“超高视觉技术需要电子迁移率高于 40 cm2(Vs)-1 的TFT。通过消除 CO 杂质，我们能够制造出迁移率高达 70 cm2(Vs)-1的 ITZO TFT，”Kim 教授兴奋地评论道。

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