基于柔性衬底材料氧化锌薄膜生长与晶体管制备关键问题研究

Due to the high stability at the room temperature and insensitivity to visible light, high electron mobility, lower temperature for device fabrication, high on/off current ratio, comparatively low threshold voltage, and high transmittance of the ZnO film in the visible wavelength (~80%), ZnO-based thin-film transistors (ZnO-TFTs) will be promising drive devices for active-matrix displays (liquid-crystal displays, or organic light emitting diode)..Our group began the research work of the growth of ZnO films and the fabrication of ZnO film based devices from 2001. At the end of 2006, we fabricated the prototype ZnO-TFTs based on the hard substrates, for example, glass, Si wafer etc. What we reported about the fabrication of ZnO-TFTs at the meeting drew the attention of Japanese media. Now, the devices' performances fabricated by our group are good. The current on/off ratio can be over 10 to the 5th power. The threshold voltage can be less than 9V. The field effect mobility is about 10 cm2/V.S. Our work will make the process of the fabrication of ZnO-TFTs based on flexible substrates more easily. The performances of the devices run stability and improve the devices performances to a better level, for example, the Ion/off to be 10 to the 7th power, the threshold voltage under 5V etc...This project is to improve the process, to enhance the performance parameters of ZnO-TFTs based on hard substrates, as well as to develop the fabrication and research on ZnO-TFTs based on flexible substrates, e.g. Polyimide. Aiming to implement the growth and device fabrication of the inorganic ZnO-TFTs on flexible organic substrates, the project will provide technical support for the ongoing applications of flexible active display driving devices.

氧化锌薄膜晶体管以其室温下及可见光区的高稳定性，高场效应迁移率、较低的器件制备温度、高电流开关比、低阈值电压及可见光区的高透过率，成为继硅基薄膜晶体管之后，未来显示驱动领域极具发展潜力的新型显示驱动器件。.课题组2001年开始氧化锌材料与器件领域的研究工作。2006底制备出基于玻璃、硅片等硬质衬底氧化锌薄膜晶体管原型器件，2007年亚洲显示会议所做氧化锌薄膜晶体管制备方面研究工作报告，引起日本方面有关媒体关注。目前，题组基于硬质衬底氧化锌薄膜晶体管原型器件的制备，电流开关比超过10的5次方，阈值电压小于9V，场效应迁移率达到10cm2/V.S。.本课题在改进工艺，提高硬质衬底氧化锌薄膜晶体管性能参数同时，开展基于聚酰亚胺等柔性衬底材料基础上的氧化锌薄膜晶体管制备与研究工作，实现柔性有机衬底材料氧化锌无机半导体薄膜材料生长，及器件制备，为未来柔性有源显示驱动器件应用提供技术支持。

柔性薄膜晶体管的研制与开发是柔性显示技术的核心之一，相关电学参数严重影响平板显示器的功耗，分辨率，刷新率，响应速度等性能指标，发展高开关比、低阈值电压、高电子迁移率的新型柔性晶体管已成为当今世界显示领域极为活跃的研究方向，具有重要的技术创新性和应用前景。. 项目组基于柔性衬底低温制备氧化锌基薄膜晶体管研究方向，进行了相关薄膜材料生长与物性研究，实现了柔性衬底上采用底栅结构ZnO基薄膜晶体管的全低温制备，解决了薄膜材料生长以及薄膜晶体管制备中的相关技术难点。在薄膜晶体管的全低温制备工艺、柔性基底的固定工艺方面做出了创新性贡献：获得了一种在柔性衬底上采用底栅结构ZnO基薄膜晶体管的全低温制备工艺，提高了柔性氧化锌基器件的性能参数；利用光刻胶通过物理方法固定柔性衬底材料，解决了柔性基底薄膜材料生长过程中材料的固定、平整度问题。对于薄膜生长设备进行了升级改造，提出了对于溅射中的工作气体压强实现快速、有效控制的方法，可以降低气体进入辉光放电过程开始溅射工作的时间，减少工作气体用量，提高薄膜质量。. 所制备出的柔性衬底氧化锌薄膜晶体管具有良好的性能和稳定性，平均光透过率达到85%，迁移率达到4cm2/V.s量级，电流开关比达到10的7次方量级，部分性能参数达到多晶硅TFT器件指标，在显示技术领域具有非常好的应用前景。. 项目实施共申请国家发明专利4项，已授权2项，发表SCI、EI等学术论文13篇，培养硕士6人。基于所制备的ZnO-TFT，面向显示领域的有关技术成果已经在长春市芳冠电子科技有限公司、北方液晶工程研究开发中心和广州市六分仪智能科技有限公司进行试用，得到相关企业好评。

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