电子学报 ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (2): 455-460.DOI: 10.12263/DZXB.20210031

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退火温度对基于Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7栅绝缘层的ZnO-TFTs性能的影响

张琦1, 叶伟1, 孙芳莉2, 萧生1, 杜鹏飞1   

  1. 1.陕西理工大学机械工程学院,陕西 汉中 723001
    2.西北工业集团有限公司,陕西 西安 710043
  • 收稿日期:2020-12-28 修回日期:2021-06-19 出版日期:2022-02-25 发布日期:2022-02-25
  • 通讯作者: 叶伟
  • 作者简介:张 琦 女,1983年1月生于陕西省汉中市.硕士.现为陕西理工大学机械工程学院讲师.主要研究方向为铁电材料.E-mail: 46604414@qq.com
    叶 伟(通讯作者) 男,1977年5月生于重庆市.博士.现为陕西理工大学机械工程学院副教授,硕士生导师.主要研究方向为电子器件、储能器件、功能材料及换能器技术研究.E-mail: yewei518@163.com
    孙芳莉 女,1975年3月生于陕西省乾县.本科.现为西北工业集团有限公司工程师.主要研究方向为功能材料. E-mail: 522162978@qq.com
    萧 生 男,1994年12月生于重庆市.现为陕西理工大学硕士研究生.主要研究方向为半导体光电子器件.E-mail: xiaosheng1220@qq.com
    杜鹏飞 男,1996年7月生于甘肃庄浪.现为陕西理工大学硕士研究生.主要研究方向为储能材料与器件.E-mail: 2411349154@qq.com
  • 基金资助:
    陕西省教育厅专项科学研究计划(17JK0144);陕西理工大学人才启动项目(SLGQD2017-19)

Effect of Annealing Temperature on Performance of ZnO-TFTs Based on Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7 Gate Insulator

ZHANG Qi1, YE Wei1, SUN Fang-li2, XIAO Sheng1, DU Peng-fei1   

  1. 1.School of Mechanical Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong,Shaanxi 723001,China
    2.North Industries Group Pinance Company,Ltd. ,Xi’an,Shaanxi 710043,China
  • Received:2020-12-28 Revised:2021-06-19 Online:2022-02-25 Published:2022-02-25
  • Contact: YE Wei

摘要:

具有高介电常数的Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7薄膜存在氧空位和陷阱缺陷,因此,使用Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7作为栅绝缘层的ZnO-TFTs具有高的界面费米能级钉扎效应和低的电学性能.为了解决这些问题,提高器件性能,本文采用射频磁控溅射制备了以Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7为栅绝缘层的ZnO-TFTs,同时,详细研究了300℃、400℃、500℃和600℃等退火温度对ZnO-TFTs性能的影响,研究结果表明,随着退火温度的升高,Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7栅绝缘层和ZnO-TFTs的性能先升高后降低,在退火温度为500℃时,Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7栅绝缘层和ZnO-TFTs的性能都得到了显著提高,电容密度从165nF/cm2升高到222nF/cm2,开关比从103升高到105.

关键词: Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7薄膜, 氧化锌薄膜晶体管, 射频磁控溅射, 退火温度, 电容密度, 高介电常数

Abstract:

Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7 thin films with high dielectric constant have oxygen vacancy and trap defects. Therefore, ZnO-TFTs using Bi1.5Zn1.05Nb1.5O7 as gate insulator have high interface Fermi level pinning effect and low electrical properties. To solve these problems and improve device performance, ZnO-TFTs with Bi1.5 Zn1.05 Nb1.5O7 as gate insulator were prepared by RF magnetron sputtering. Meanwhile, the effect of the annealing temperature from 300℃ to 600℃ at an interval of 100℃ on the performance of ZnO-TFTs was studied. The research results showed that with the increase of annealing temperature, the properties of Bi1.5 Zn1.05 Nb1.5O7 gate insulator and ZnO-TFTs increased at first and then decreased. The performance of Bi1.5 Zn1.05 Nb1.5O7 gate insulator and ZnO-TFTs was significantly improved at annealing temperature of 500℃. The capacitance density and Ion/Ioff increased from 165nF/cm2 to 222nF/cm2 and from 103 to 105, respectively.

Key words: Bi1.5 Zn1.05 Nb1.5O7 thin films, ZnO-TFTs, RF magnetron sputtering, annealing temperature, capacitance density, high dielectric constant

中图分类号: