【器件论文】氧化铟镓薄膜晶体管中能态密度陷阱的光电表征及其对偏压稳定性的影响

        由韩国科学技术研究院（KIST）的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Optoelectronic Characterization of Trap Density of States in Indium Gallium Oxide Thin-Film Transistors and Their Impact on Bias Stability（氧化铟镓薄膜晶体管中能态密度陷阱的光电表征及其对偏压稳定性的影响）的文章。

摘要

        非晶氧化物半导体已成为显示背板的行业标准，但其迁移率受限，往往需要采用复杂的低温多晶氧化物（LTPO）叠层结构，从而增加成本并降低良率。要实现一种既可作为驱动晶体管又可作为开关晶体管的实用“全氧化物”背板，需要一种同时具备高迁移率、低关断电流以及优异稳定性的沟道材料。本文报道了一种无锌晶态氧化铟镓（IGO）薄膜晶体管（TFT），其可在 400 °C 以下结晶，并呈现优先生长的 (222) 晶向。通过调控 In:Ga 比例，实现了从非晶态到晶态的转变，使迁移率提升至 83.3 cm²·V⁻¹·s⁻¹，同时保持约 10⁻¹³ A 的低关断电流。优化后的晶态 IGO TFT（In:Ga = 12:3）在偏压应力下表现出最小的阈值电压漂移（<0.5 V），且在多个器件间展现出良好的电学特性一致性。此外结合光激发电荷收集谱（PECCS）与光响应电容-电压（C–V）测试两种光电联合方法，对价带顶（VBM）和导带底（CBM）附近的陷阱态密度（TDOS）进行了实验分析，以研究器件稳定性来源。互补分析表明，晶态 IGO 可将与氧空位相关的能级稳定在更靠近导带的位置；提取的 TDOS 演化趋势与实测的偏压应力诱导电学行为呈现自洽相关性。在电路层面，通过构建互补型反相器进行验证，结果显示器件具有稳定的电压增益与噪声裕量。综上所述，本研究确立了晶态 IGO 作为一种可行的单一材料氧化物沟道方案，在实现高迁移率、优异偏压稳定性及简化工艺方面具有显著优势，为下一代“全氧化物”显示背板技术奠定了基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.5c21764