以氧化銦鎵鋅（IGZO）為代表的金屬氧化物薄膜晶體管（TFT），具有較高的場效應(yīng)遷移率、良好的電學(xué)穩(wěn)定性和可大面積均勻制備等特點(diǎn)，在平板顯示器領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。便攜式平板顯示設(shè)備由于采用移動(dòng)電源對屏幕的功耗有較高要求，目前通過降低TFT背板的功耗來延長便攜式平板顯示設(shè)備的續(xù)航時(shí)間是有效的解決方案之一。與普通IGZO TFT相比，肖特基IGZO TFT具有低飽和電壓，高本征增益，良好的環(huán)境穩(wěn)定性，顯著減弱的短溝道效應(yīng)以及能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗等特征優(yōu)勢，近年來得到廣泛研究和關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)源漏電極與IGZO溝道層間形成肖特基接觸，過往研究一般是對電極和IGZO溝道層的界面進(jìn)行氧等離子、反應(yīng)濺射等處理，這增加了制備工藝的復(fù)雜度，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件電學(xué)特性的嚴(yán)重衰退。

　　為了解決該問題，廣東省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所（以下簡稱半導(dǎo)體所）新型顯示團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用銅/鋁（Cu/Al）疊層金屬作為IGZO TFT的源漏電極，通過退火工藝使Al電極與IGZO接觸部分自發(fā)氧化生成一層極薄的氧化鋁（AlOx）薄膜，從而在源漏電極面向溝道部分形成Cu/AlOx/IGZO肖特基異質(zhì)結(jié)。一系列研究證明，基于Cu源漏電極和AlOx插層制備的IGZO TFT表現(xiàn)出典型的肖特基接觸特性，證實(shí)了該肖特基異質(zhì)結(jié)的存在（如圖1所示）。

圖1 基于Cu/Al疊層電極的IGZO TFT結(jié)構(gòu)示意圖及其電學(xué)性能

　　研究發(fā)現(xiàn)，通過改變溝道層的厚度可調(diào)控Cu/AlOx/IGZO肖特基異質(zhì)結(jié)下的耗盡區(qū)與柵介質(zhì)/半導(dǎo)體層界面的距離，從而實(shí)現(xiàn)該肖特基TFT電學(xué)特性的大幅調(diào)控（如圖2所示）。IGZO溝道層厚度為10 nm時(shí)，器件表現(xiàn)出典型的肖特基勢壘TFT特征；IGZO溝道層厚度為30nm時(shí)，器件的輸出特性表現(xiàn)出類似歐姆接觸TFT特征，器件表觀場效應(yīng)遷移率高達(dá)82.9 平方厘米/(伏·秒)。研究表明，Al/AlOx/IGZO異質(zhì)結(jié)為歐姆接觸結(jié)，具有顯著小于Cu/AlOx/IGZO肖特基異質(zhì)結(jié)的接觸電阻，提高了電子注入IGZO溝道層的能力。該工作采用與顯示工業(yè)相似的材料與工藝實(shí)現(xiàn)肖特基勢壘IGZO TFT制備，對于促進(jìn)肖特基勢壘IGZO TFT的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有借鑒意義。 

圖2 基于Cu/Al疊層源漏電極IGZO薄膜晶體管工作機(jī)理示意圖

　　該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國博士后科學(xué)基金、及廣東省科學(xué)院打造綜合產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心行動(dòng)資金等項(xiàng)目資助，相關(guān)成果發(fā)表在期刊《IEEE Electron Device Letters》，省科學(xué)院半導(dǎo)體所為論文第一完成單位。

　　原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9881597

（省科學(xué)院半導(dǎo)體所/供稿）