原子层尺度可控的InGaZnO薄膜和异质结构制备及其应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61376008
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0401.半导体材料
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The transparent indium gallium zinc oxide (IGZO) film is a promising wide bandgap semiconducting oxide for high quality thin-film transistors (TFTs) in modern display devices owing to their technologically important features, including their high electron mobility, large Ion/Ioff ratio, high transparency, etc. Nevertheless, systematic composition engineering of this material, high-k dielectrics/IGZO interfacial controlling, and the stability of IGZO-based TFTs still remain incomplete. To improve the material and electrical properties, atomic layer deposition (ALD) of IGZO films has been first proposed in this project. Through modulating the cation ratio, the microstructural, compositional, and physical properties will be investigated to optimize the optical and electrical properties of IGZO films. High-k dielectrics such as HfO2, HfAlO, and HfO2/Al2O3 will also be grown by ALD in the same chamber, which is selected as the insulator for the transistor. The interfacial properties of high-k/IGZO heterostructure will be controlled by in-situ method, which is a key point to improve the electrical properties of IGZO-TFTs. In addition, the effect of rapid thermal annealing or plasma treatments on the structural, compositional, optical, and electrical stability of IGZO films and the characteristics of TFTs will be well understood. The physical mechanism and the influencing factors in determining electrical properties of IGZO films will be achieved by optimizing the ALD growth process, high-k dielectrics, and fabrication conditions. The experimental and theoretical results obtained in this work will provide a strong basis for improving the device characteristics of IGZO-TFTs.
铟镓锌氧 (IGZO)薄膜具有可低温淀积、透明性好、导电率高及均匀度佳等特点,是透明电子学领域新兴的宽禁带半导体材料。但多元IGZO薄膜在组分精确控制及晶体管(TFT)应用等方面,仍存在诸多问题。本项目(1)利用原子层淀积(ALD)方法精确的组分控制能力,制备原子层级可控的多元IGZO薄膜,对其生长规律、制备条件进行深入研究,探索元素组分、缺陷与薄膜光电特性的内在规律,获得高性能IGZO薄膜制备的最佳工艺;(2)ALD高K栅介质的工艺优化及其与IGZO异质结构的界面特性调控,通过原位测试分析手段,筛选出适合于IGZO-TFT的高K栅介质及其制备方法;(3) 探究改善高K栅介质/IGZO-TFT运行稳定性的方法,探明快速热退火条件和等离子处理方法对界面、表面修补作用的物理机制。通过优化的IGZO组分比、高K栅介质和后处理工艺,为进一步提高IGZO-TFT器件特性提供实验参数和理论依据。

结项摘要

宽禁带的IGZO薄膜具备较高的迁移率、较低的制备温度、很好的均一性、可见光全透明等优点,并且相应的薄膜晶体管(TFT)器件拥有低的阈值电压、高的电流开关比等良好的器件特性,有着巨大的应用潜力,这也对薄膜材料本身的物理和化学性能提出了更高了要求,面临着诸多技术性难题。本研究项目针对新型的IGZO材料及其TFT器件,利用近几年发展起来的优秀薄膜生长技术—原子层淀积(ALD)来制备IGZO薄膜。取得的主要成果有:(1)实现了在原子层尺度上高质量多元ZnO薄膜的可控制备,掌握相应的组分精确调控的方法,并获取了相应的工艺参数、生长规律和薄膜质量控制因素。为后续氧化物半导体相关器件的器件奠定了坚实的基础。(2)优化了ALD生长HfO2、Al2O3、HfAlO和HfSiO以及TiAlO等高k介质的生长工艺,筛选出了HfO2、Al2O3和HfAlO等适合IGZO-TFT器件的高k栅介质,并优化出相应的制备工艺参数。在此基础上,提出了N掺杂的IGZO/α-IGZO/N掺杂的IGZO的多层沟道结构来提高器件的迁移率和稳定性。(3)掌握了提高IGZO-TFT器件性能的快速热退火工艺、微波退火工艺以及表面钝化等关键技术,通过不同的栅介质和沟通层揭示影响了ZnO基TFT器件的界面态形成机理,阐明了器件运行时的物理机制。(4)探索了ZnO、IGZO等氧化物半导体材料与新型的高k介质以及半导体Si之间的能带对准情况研究,为厘清基于IGZO薄膜晶体管的电学特性影响因素和分析其内在物理机制,提供理论参考。同时还研究了其他基于ZnO基半导体的纳米器件和特性。项目研究成果,为进一步改善IGZO薄膜的TFT器件特性提供了实验和理论依据。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Photoluminescence enhancement of ZnO nanowire arrays by atomic layer deposition of ZrO2 layers and thermal annealing
通过 ZrO2 层原子层沉积和热退火增强 ZnO 纳米线阵列的光致发光
  • DOI:
    10.1039/c6cp01900e
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Yuan;Lu Hong-Liang;Wang Tao;Ren Qing-Hua;Chen Hong-Yan;Zhang Hao;Ji Xin-Ming;Liu Wen-Jun;Ding Shi-Jin;Zhang David Wei
  • 通讯作者:
    Zhang David Wei
Influence of NH3 annealing on the chemical states of HfO2/Al2O3 stacks studied by X-ray photoelectron spectroscopy
X射线光电子能谱研究NH3退火对HfO2/Al2O3叠层化学态的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Vacuum
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Liu Jian-Shuang;Lu Hong-Liang;Xu Sai-Sheng;Wang Peng-Fei;Ding Shi-Jin;Zhang David Wei
  • 通讯作者:
    Zhang David Wei
Effect of ozone treatment on the optical and electrical properties of HfSiO thin films
臭氧处理对HfSiO薄膜光电性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s00339-013-8110-8
  • 发表时间:
    2014-07-01
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Geng, Yang;Yang, Wen;Zhang, David Wei
  • 通讯作者:
    Zhang, David Wei
Bandgap narrowing and conductivity evolution of atomic-layer-deposited ZnO:Cu thin films under rapid thermal annealing
快速热退火下原子层沉积 ZnO:Cu 薄膜的带隙变窄和电导率演化
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2015.03.083
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Xu Sai-Sheng;Lu Hong-Liang;Zhang Yuan;Wang Tao;Geng Yang;Huang Wen;Ding Shi-Jin;Zhang David Wei
  • 通讯作者:
    Zhang David Wei
Improved photoelectrical properties of n-ZnO/p-Si heterojunction by inserting an optimized thin Al2O3 buffer layer
通过插入优化的薄 Al2O3 缓冲层改善 n-ZnO/p-Si 异质结的光电性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Lu, Hong-Liang;Gu, Yu-Zhu;Zhang, Yuan;Liu, Xin-Yan;Wang, Peng-Fei;Sun, Qing-Qing;Ding, Shi-Jin;Zhang, David Wei
  • 通讯作者:
    Zhang, David Wei

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其他文献

高分子光波导宽带耦合器的抗温变设计
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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晶圆级二维金属硫化物薄膜生长机制、缺陷调控及晶体管性能研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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