《氧化铟镁薄膜晶体紫外探测器的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氧化铟镁薄膜晶体紫外探测器的研究（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,氧化铟镁薄膜晶体管紫外探测器的研究,卢慧玲 2014.4.4,2,内容提要,实验背景实验方案 实验目的实验计划 实验流程测试项目预期结果 后续工作,3,实验背景 分类,主要用于红外探测,远红外探测,4,实验背景 探测机理分类,5,实验背景 材料种类分类,“日盲型”,6,实验背景 TFT结构优势,三端器件，对耗尽层的控制好 可以通过栅压来调节费米能级的位置来解决光电二级管中难解决的持续光电导作用 集成度高，可做在大的玻璃基板上，形成探测器阵列用于图像传感器,宽禁带半导体TFT紫外探测器,7,实验背景 宽禁带半导体TFT紫外探测器研究背景,2003年，H.S. Bae连续发表了几篇关于ZnO-
2、TFT（ZnO3.3eV）探测器的文章。但由于ZnO中有太多的缺陷，对可见光比较敏感，波长的选择性不是太高，工作电压高，响应速度慢，陆续有人对ZnO进行了不同的掺杂以得到禁带宽度更大的氧化物半导体如镓、镁（Ga2O34.9eV,MgO7.2eV）。但掺杂后迁移率不高，电学性能不好。而实验结果表明开态电流不高的器件受光后在关态电流增加也不高（最大两个数量级），所以做探测器，好的电学特性也是有必要的。,高开关比、高迁移率+禁带宽度大,紫外探测,8,实验方案 有源层选择,In对提高迁移率至关重要，而MgO禁带宽度达到7.2eV,如果两者进行掺杂，可以得到迁移率高，禁带宽度大的半导体。并且在90年代，
3、日本科学家Hiroshi Kawazoe等人研究了尖晶石结构的一系列材料作为透明导电薄膜的可行性和优势，其中就有MgIn2O4。文献中MgIn2O4（以下简称IMO）禁带宽度在3.4eV以上，截止波长在360nm左右，可控的电导率和禁带宽度，适合做紫外探测器的有源层。,IMO-TFT,9,实验方案 double layer,Mg含量过低，禁带宽度不够，无法做到“日盲”型器件 Mg含量过高，器件电学性能会大大降低,找出一个适当的Mg掺 杂量的条件,10,实验方案 文献,三星公司的Sang Youn Han等人在double active layer图像传感器方面发表了很多文章，最主要的组合是IG
4、ZO+IZO，底层的IGZO来调节阈值电压，上层的IZO禁带宽度比较小，吸收光。,探测器有源层可不可以两层？，实现 光学和电学性能的完美结合？,双层为同种Mg含量IMO 底层通氧量小 顶层通氧量大,双层为不同Mg含量IMO 底层Mg含量低 顶层Mg含量高,11,实验方案 双层结构条件选择,希望做光探测时工作在关态，Vt希望能在正压（5V左右），所以有源层载流子浓度不能太高。或者做完后在O2中退火。,12,实验方案 TFT结构选取,底栅共平面结构顶层通氧量大的电阻率高，如果底栅交叠型，与Mo源漏电极接触电阻会大,13,实验目的,制作出“日盲型“器件,与IGZO-TFT相比，对紫外光的灵敏度更高，
5、紫外/可见抑制比更大。 通过双层有源层结构，找出电学性能、光学性能都不错的器件条件 优化退火条件和退火时间，对氧空位进行合理的控制,14,实验计划 单膜实验,目前实验室有三种Mg含量的IMO：Mg/(In+Mg)分别为7%、13%、19%。RF溅射生长，溅射功率100W，溅射压强0.36Pa，可调节的有生长功率、压强、氩氧比、衬底温度、退火条件等。衬底温度室温生长条件为a,衬底温度300生长条件为b,a条件生长完氧气中退火10min为c,15,16,实验流程 工艺流程图,17,实验流程 实验准备,玻璃片d1、d2、d3、e1、e2、e3、e4 、f1、f2 、f3 、f4、g1、g2、g3、g
6、4、h1、h2、h3、h4、i1、i2、i3、i4。带-的片子为原片子裂解后一半退火，双层有源层中底层均生长10nm,顶层生长40nm。 对所有玻璃片，利用玻璃清洗液在超声中清洗20min（50加热），在去离子水中冲洗至排出的水电阻率达到4，甩干机甩干。,18,实验流程 实验设置,19,实验流程 实验步骤,栅电极图形化 用互连gate的掩膜板光刻。利用负胶NR9-1500PY, 匀胶机3000转每秒转40秒涂胶，前烘15070s,曝光25s,后烘10065s、显影15s，冲洗吹干。栅电极采用Mo直流溅射，溅射功率80W，溅射压强0.36Pa,溅射速率34nm/min,溅射3min,长100nm
7、。 剥离栅电极。丙酮第一遍，丙酮第二遍各超声10min,酒精中超声5min。冲洗吹干。栅介质淀积 采用PECVD生长SiO2，生长温度300，长200nm。,20,实验流程 实验步骤,源漏电极图形化 用S/D的掩膜板光刻，光刻步骤、溅射、剥离同栅电极一样。有源层图形化 利用active layer的掩膜板进行光刻，光刻步骤同栅电极，射频溅射有源层IMO，溅射功率100W，溅射压强0.36Pa，先在第一种氩氧比的条件下长10-15nm,再在第二种氩氧比的情况下长40nmIMO。剥离同栅电极。,21,实验流程 实验步骤,刻栅电极的孔 利用正胶PRA-2000，gate开孔的掩膜板进行光刻。 匀胶机
8、5000转每秒转40秒涂胶，前烘12070s,曝光10s,显影30-35s，冲洗吹干,坚膜13070s。RIE刻蚀开孔，刻蚀功率为100W，本底真空为8E-3Pa，腔体压力值为0.8Pa，刻蚀气体为SF6，流量为10sccm，刻蚀时间预计为180s。刻蚀完成后用半导体测试仪测孔是否刻开，如果没有，继续刻孔1015s左右。去正胶：丙酮第一遍，丙酮第二遍各超声10min,酒精中超声5min。冲洗吹干。测试。 O2中退火 玻璃片d1、d2、d3、e1、e2、e3、e4 、f1、f2 、f3 、f4、g1、g2、g3、g4、h1、h2、h3、h4、i1、i2、i3、i4裂解后一半标号为d1-、d2-、
9、d3-、e1-、e2-、e3-、e4- 、f1-、f2-、f3- 、f4-、g1-、g2-、g3-、g4-、h1-、h2-、h3-、h4-、i1-、i2-、i3-、i4-在O2气氛中退火10min。测试。,22,实验流程 实验步骤,钝化 采用PECVD生长SiO2，生长温度200，长200nm。 RIE刻栅电极和源漏电极的孔 利用正胶PRA-2000，gate和源漏开孔的掩膜板进行光刻。 匀胶机5000转每秒转40秒涂胶，前烘12070s,曝光10s,显影30-35s，冲洗吹干,坚膜13070s。RIE刻蚀开孔，刻蚀功率为100W，本底真空为8E-3Pa，腔体压力值为0.8Pa，刻蚀气体为SF
10、6，流量为10sccm，刻蚀时间预计为180s。刻蚀完成后用半导体测试仪测孔是否刻开，如果没有，继续刻孔1015s左右。去正胶：丙酮第一遍，丙酮第二遍各超声10min,酒精中超声5min。冲洗吹干。测试。,23,测试项目,XRD测试，常温生长、加温生长和氧气中退火下薄膜的结晶情况 分光光度计进行透过率测试 黑暗下器件的转移特性，加不同波长、不同光强下的不同宽长比的转移特性。 Id-t曲线 加恒压Vd、脉冲电压Vg、周期性开关的光，测Id随时间的变化,24,测试项目,实验后应给出的图像有： 透过率曲线 XRD曲线 无光的转移特性曲线 加不同波长、不同光强下的转移特性曲线 Id-t曲线：加恒压Vd
11、、脉冲电压Vg、周期性开关的光，Id随时间的变化测试后应给出的数据和结果 电学参数：阈值电压、迁移率、亚阈摆幅、开关比等 光学参数：灵敏度、量子效率、紫外/可见光抑制比、响应时间、弛豫时间,25,预期结果,7%IMO的电学性能普遍要比13%、19%IMO的好，19%IMO的可能做到对深紫外响应 氧气中退火后电学性能会退化，但对可见光将更不敏感些 300生长的器件应该会比常温生长的禁带宽度更宽，但均匀性可能不太好，如果是多晶的话，晶界反射对光有可能有影响,26,后续工作,稳定性测试 继续优化退火条件 测试器件在高温下对光的响应变化情况并分析原因 张老师提到的太阳能电池中绒面表面可以减少反射，增强光的吸收，所以也可以有源层做完以后，稍微阳极氧化一下，使表面粗糙，并且可以减少表面的氧空位，进而减少对空气中氧的吸附，响应时间可以更短。,27,谢谢！,
