文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
ZnO薄膜晶体管有源层的磁控溅射制备研究
姓名:程松华
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:曾祥斌
20061027
华中科技大学硕士学位论文
摘要
ZnO 是一种Ⅱ-Ⅵ族的具有六方晶系纤锌矿结构的化合物半导体,它的带隙宽
度可高达。ZnO 材料无毒,原材料价格便宜,化学稳定性好,特别是高 C 轴
取向的 ZnO 薄膜是非常优异的光电材料,并且具有光学透过率高、生长温度低、抗
辐射能力强、电子饱和漂移速度高等优点。目前,国内外许多学者己经在开展以 ZnO
为有源沟道层的场效应晶体管的研究工作。值得注意的是,这种场效应晶体管制备
温度较低,可以使用玻璃或塑料作为衬底,而且可以制作成全透明的薄膜晶体管,
如果将其应用于有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中,将降低 TFT-LCD 的工艺复杂性,
降低成本,增强器件的可靠性。
ZnO 薄膜的制备方法有很多,几乎所有的制膜方法都可以用来制备 ZnO 薄膜。
像磁控溅射法、离子体分子束外延(MBE)法、sol-gel 法、金属有机物化学气相淀积
(MOCVD)法、等离子体反应淀积法等等。磁控溅射法方法简单,制备的膜层致密,
薄膜淀积温度低,并且有较大的溅射速率,因而受到了广泛的使用。
本实验采用 RF 磁控溅射法在玻璃衬底上低温生长 ZnO 薄膜。生长出的薄膜对
可见光具有高于 90%的透射率,该薄膜具有良好的 C 轴取向。利用 X 射线衍射(XRD)
和扫描电镜(SEM)的测试结果,分析了溅射工艺条件如衬底温度、氩氧比和溅射气压
等对薄膜性能的影响,得到最佳的生长工艺条件为:衬底温度 400℃,溅射气压 1Pa,
氩氧比为 m:m。在此条件下生长的 ZnO 薄膜具有良好的 C 轴择优取向,
并且薄膜的结晶性能良好。晶粒的尺寸可以高达 50 纳米。适合用于制备平板显示器
的透明薄膜晶体管(TTFT)。

关键词:ZnO 薄膜 RF磁控溅射透明薄膜晶体管透射率 X射线衍射
扫描电子显微镜

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Zinc oxide is a Ⅱ-Ⅵ compound semiconductor with a wide band gap of and
a hexagonal wurtzite structure. Zinc oxide is nontoxic, inexpensive, and it has a stable
chemical characteristics. Especially, highly c-axis oriented zinc oxide thin film is an
excellent photo-electric material with many advantages such as high transparency, low
deposition temperature, high breakdown voltage, strong radiation tolerance, high electron
saturation drift velocity and so on. Recently, a research on the field effect transistor with zinc
oxide thin film as an active channel layer has been made both in and abroad. It is notable
that this kind of field effect transistor can be made at a low temperature so it can be
deposited on plastic or normal glass substrate. Furthermore, this kind of thin film
transistor can be made entirely transparent. If zinc oxide-based thin film transistor can be
applied in active-matrix liquid crystal display (AMLCD), it will simplify the processing of
TFT LCD, reduce the cost, and enhance the reliability of t