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Investigación de ZrO2 impreso con inyección de tinta directa versus ZrO2 recubierto por centrifugación para el transistor de película delgada IGZO de pulverización catódica

Resumen

En este trabajo, una corriente de fuga baja ZrO 2 se fabricó para transistor de película delgada de óxido de zinc, galio, indio, pulverizador catódico (IGZO) utilizando tecnología de impresión de inyección de tinta directa. ZrO 2 con recubrimiento giratorio e impreso con inyección de tinta directa se prepararon para investigar el proceso de formación de la película y el rendimiento eléctrico para diferentes procesos. ZrO 2 homogéneo Se observaron películas a través de las imágenes TEM de alta resolución. La estructura química de ZrO 2 Las películas se investigaron mediante mediciones XPS. El ZrO 2 impreso por inyección de tinta capa sobre IGZO mostró un rendimiento superior en movilidad y corriente fuera de estado, pero una gran V th cambio bajo estrés de sesgo positivo. Como resultado, el dispositivo TFT basado en ZrO 2 impreso por inyección de tinta exhibió una movilidad de saturación de 12,4 cm 2 / Vs, una I en / I desactivado proporción de 10 6 , un voltaje de encendido de 0 V y un V de 1.4 V th cambio después de una cepa de PBS de 1 h. Las películas de mayor densidad con menos oxígeno libre fueron responsables de la baja corriente de estado para el ZrO 2 impreso dispositivo. El mecanismo de rendimiento deteriorado en la prueba de PBS se puede atribuir a la región rica en In formada en el canal posterior que absorbe fácilmente H 2 O y oxígeno. El H 2 absorbido O y oxígeno capturan electrones bajo tensión de polarización positiva, que sirven como aceptores en el dispositivo TFT. Este trabajo demuestra el proceso de formación de películas de películas de óxido impresas con inyección de tinta directa y recubiertas por rotación y revela el potencial del dieléctrico de óxido impreso con inyección de tinta directa en un dispositivo TFT de óxido de alto rendimiento.

Antecedentes

Los dieléctricos de óxido metálico han surgido recientemente como alternativas prometedoras al SiO 2 y SiN x en transistores de película delgada (TFT) debido a sus propiedades superiores, incluida alta capacitancia, estados de defecto bajo y banda prohibida grande que conduce a una alta movilidad y baja corriente [1, 2, 3]. Por estas razones, los dieléctricos de óxido fabricados mediante un proceso de vacío se estudian ampliamente en pantallas, conjuntos de sensores y circuitos de excitación [4]. Mientras tanto, el proceso de solución también ha recibido una atención notable debido a la ventaja del bajo costo para la fabricación a gran escala, incluido el recubrimiento por rotación, la impresión por inyección de tinta, el recubrimiento por pulverización y el recubrimiento por hendiduras [5, 6]. Entre estos, la impresión por inyección de tinta directa es el método más prometedor que puede lograr películas estampadas sin fotolitografía. Sin embargo, los dispositivos TFT fabricados mediante el proceso de impresión por inyección de tinta exhiben un rendimiento eléctrico inferior en comparación con los procesados ​​al vacío. Las películas de óxido metálico de impresión por inyección de tinta directa enfrentan serios problemas:(1) la dispersión incontrolable del precursor de óxido sobre el sustrato debido a la diferencia de energía superficial del fluido y el sustrato y (2) la compatibilidad de los dieléctricos de óxido impreso con semiconductores [7 ].

El proceso de formación de película de película dieléctrica procesada en solución tiene una influencia significativa en las propiedades eléctricas. El método de recubrimiento por rotación como técnica establecida se usa ampliamente en TFT procesado en solución. La densidad de la corriente de fuga del dieléctrico de óxido recubierto por rotación suele ser inferior a 10 −6 A / cm 2 a 1 MV / cm, y el campo eléctrico de ruptura es superior a 2 MV / cm. La movilidad de saturación de TFT basada en dieléctrico de óxido recubierto es de alrededor de 10 cm 2 / Vs. Sin embargo, para el dieléctrico de óxido impreso, la densidad de la corriente de fuga es aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que la de la película de óxido recubierta (> 10 - 4 A / cm 2 a 1 MV / cm) y la movilidad de saturación es inferior a 5 cm 2 / Vs. Pocos informes han comparado las películas dieléctricas impresas por inyección de tinta con las películas recubiertas por centrifugación, especialmente en el proceso de formación de películas. La densidad, la rugosidad de la superficie y la homogeneidad de las películas dieléctricas son los factores más importantes relacionados con el rendimiento eléctrico de TFT [8]. Además, la interfaz entre el aislador de la puerta y el semiconductor también juega un papel clave para el proceso de solución TFT [9]. Un estudio completo sobre dieléctricos de óxido impresos con inyección de tinta es de gran valor para comprender mejor esta técnica prometedora.

En este documento, preparamos ZrO 2 de alta calidad películas con apariencia superficial favorable y excelente rendimiento eléctrico tanto por el método de recubrimiento como por el de impresión, e investigaron el efecto eléctrico aplicado en óxido de zinc, galio e indio (IGZO) pulverizado TFT [10, 11]. Se compara el proceso de formación de película de los métodos de recubrimiento por rotación y de impresión directa. El método de recubrimiento por rotación está dominado por la fuerza centrífuga que conduce a una distribución uniforme pero dispersiva de moléculas, mientras que el proceso de impresión por inyección de tinta depende de la dinámica de fluidos. Según la prueba XPS e IV, ZrO 2 impreso con inyección de tinta La película (capas dobles) tenía menos vacantes de oxígeno en comparación con la recubierta por centrifugación. Aumento de las capas impresas de ZrO 2 Las películas pueden llenar los huecos y los huecos creados por el flujo inestable de precursores que se esparcen sobre el sustrato, lo que contribuye a reducir los defectos y a lograr una uniformidad superior. el ZrO 2 impreso por inyección de tinta directa La película para IGZO pulverizado tiene menor densidad de corriente de fuga, mayor movilidad, mayor relación de encendido / apagado y mayor V th cambio bajo tensión de polarización positiva que el ZrO 2 recubierto por giro -TFT. La región rica en In se formó en el canal posterior de ZrO 2 impreso con inyección de tinta TFT es responsable de una peor estabilidad ya que las moléculas de agua y el oxígeno en el aire pueden absorberse fácilmente bajo tensión de polarización positiva, consumiendo electrones de la capa IGZO. Revela que la técnica de impresión por inyección de tinta directa es capaz de fabricar dieléctrico de óxido de alta densidad, pero el defecto de la interfaz debe controlarse bien para evitar la inestabilidad eléctrica.

Métodos

Materiales

El ZrO 2 La solución se sintetizó disolviendo 0,6 M de ZrOCl 2 · 8H 2 O en una mezcla de 10 ml de disolvente de 2-metoxietanol (2MOE) y etilenglicol en una proporción de 2:3 para alcanzar una cierta tensión superficial del precursor. La solución se agitó a 500 r / min a temperatura ambiente durante 2 h, seguido de envejecimiento durante al menos 1 día. Para el proceso de tratamiento con ozono UV, se utilizó una lámpara UV de 100 W con una longitud de onda de 250 nm para irradiar el sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) limpiado con alcohol isopropílico y agua desionizada. Posteriormente, ZrO 2 Las películas se formaron mediante revestimiento por rotación o mediante un proceso de impresión por inyección de tinta directa. El proceso de recubrimiento se realizó con una velocidad de 5000 rpm durante 45 s, mientras que el espacio de gota y la temperatura de la boquilla son 30 μm y 30 ° C para el proceso de impresión. ZrO 2 las películas se recocieron a 350 ° C en un ambiente atmosférico durante 1 h. A continuación, se hizo crecer IGZO de 10 nm de espesor mediante el método de pulverización catódica pulsada de corriente continua con una presión de 1 mTorr (oxígeno:argón =5%) y se modeló mediante una máscara de sombra. Se recoció IGZO a 300 ° C durante 1 h para reducir el defecto en la película. El ancho y la longitud del canal fueron 550 µm y 450 µm; por tanto, la relación ancho / largo fue 1,22. Finalmente, se depositaron electrodos de fuente / drenaje de Al con un grosor de 150 nm mediante pulverización catódica de corriente continua a temperatura ambiente.

Instrumentos

Se llevaron a cabo mediciones de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para investigar la estructura química en semiconductores de óxido realizadas por ESCALAB250Xi (Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU.) A una presión básica de 7,5 × 10 −5 mTorr. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de sección transversal se midieron con JEM-2100F (JEOL, Akishima, Tokio, Japón) y los resultados del escaneo de mapeo del sistema diferencial electrónico (EDS) fueron analizados por Bruker (Adlershof, Berlín, Alemania) para investigar la distribución de los elementos. En condiciones de oscuridad y aire a temperatura ambiente, las curvas de capacitancia-voltaje se midieron con un medidor LCR de precisión Agilent 4284A (HP, EE. UU.). Para medir las características de transferencia de IGZO TFT y las curvas de densidad de corriente de fuga, utilizamos el analizador de parámetros de semiconductores de precisión Agilent 4156C. Las características de transferencia se midieron mediante un barrido de voltaje de puerta de - 5 a 5 V con un voltaje de drenaje de 5 V. Calculamos la movilidad del efecto de campo utilizando la curva de transferencia medida y la siguiente ecuación:

$$ {I} _ {\ mathrm {DS}} =\ frac {W \ mu {C} _ {\ mathrm {i}}} {2L} {\ left ({V} _ {\ mathrm {GS}} - {V} _ {\ mathrm {th}} \ right)} ^ 2 $$ (1)

donde yo DS , C i , μ, W, L, V GS y V th son la corriente de drenaje, la capacitancia del dieléctrico de la puerta por unidad de área, la movilidad de saturación, el ancho del canal, la longitud del canal, el voltaje de la puerta y el voltaje de umbral, respectivamente. La constante dieléctrica se calcula mediante la siguiente ecuación:

$$ {\ varepsilon} _ {\ mathrm {r}} =\ frac {C \ cdotp d} {\ varepsilon_0 \ cdotp S} $$ (2)

donde ε r , C , d , ε 0 y S son la constante dieléctrica relativa, la capacitancia del dieléctrico de la puerta, el espesor del dieléctrico de la puerta, la constante dieléctrica de vacío y el área del electrodo, respectivamente.

Resultado y discusión

El proceso de formación de película del método de impresión por inyección directa de tinta en comparación con el método de recubrimiento por rotación se propone en la Fig. 1. Durante el proceso de recubrimiento por rotación, las gotas se ven obligadas a esparcirse uniformemente sobre todo el sustrato mediante la fuerza centrífuga [12]. Como consecuencia, después del proceso de recocido ZrO 2 las moléculas están bien distribuidas sobre el sustrato. Mientras tanto, la mayoría de ZrO 2 Las moléculas se eliminan durante el proceso de recubrimiento, se producen vacíos dentro de la película. La densidad de las películas fabricadas mediante el proceso de recubrimiento por rotación es irrelevante para los parámetros de recubrimiento de ciertos precursores [13]. Para el proceso de impresión por inyección de tinta, la impresora se mueve en una dirección particular para dejar gotas en el sustrato. Las gotitas se fusionan en el equilibrio del proceso de expansión y contracción que está influenciado por la gravedad, la tensión superficial y la viscoelasticidad del precursor. El proceso de formación de película de la impresión por inyección de tinta se puede controlar bien optimizando los parámetros de procesamiento del espacio de las gotas, la velocidad del chorro, la composición de la tinta y la temperatura del sustrato [14]. El factor más importante es el espacio de caída establecido por la impresora y el proceso de postratamiento del sustrato. Archivo adicional 1:La Figura S1 muestra imágenes del ángulo de contacto del precursor de impresión en sustrato ITO con diferentes períodos de tratamiento UV y el microscopio de polarización de ZrO recocido 2 Película (s. ZrO 2 La película impresa sobre sustrato ITO con irradiación de ozono durante 40 s posee la mejor morfología. Además, el método de impresión de múltiples capas es eficaz para reducir los agujeros en la película al llenar los espacios vacíos con gotas adicionales impresas directamente en la parte superior de la capa anterior, lo que produce una película más homogénea con mayor densidad y menos defectos [15]. El espesor de las películas impresas de 1 capa y de 2 capas es de 45 nm y 60 nm, respectivamente (archivo adicional 1:Figura S2). El espesor de la película no es proporcional a las capas impresas, lo que explica que el método de impresión múltiple no es solo un proceso de acumulación de espesor [16]. En general, la calidad del ZrO 2 de impresión directa las películas se pueden controlar bien mediante parámetros de procesamiento. En nuestro experimento, preparamos ZrO 2 de 1 capa (DP1) y 2 capas (DP2) con recubrimiento por centrifugación (SC), impresión directa con inyección de tinta películas y dispositivos IGZO-TFT basados ​​en estas películas para investigar la diferencia en la morfología de la película y las propiedades eléctricas de diferentes procesos de formación de película.

Proceso de formación de película de a recubrimiento por centrifugado y b método de impresión de inyección de tinta directa

La Figura 2a – c muestra el espectro de O1s de ZrO 2 película preparada por diferentes métodos. Ajustamos el pico de oxígeno 1s a una superposición de tres componentes del pico. Los picos centrados en 529,8 ± 0,2 eV, 531,7 ± 0,2 eV y 532,1 ± 0,1 eV pueden asignarse a especies de enlace metal-oxígeno ( V M-O ), vacantes de oxígeno ( V O ) y especies débilmente ligadas ( V M-OR ), respectivamente [17, 18]. La V M-O especies de DP2-ZrO 2 película es 81,57%, que es mucho más alta que la SC-ZrO 2 y DP1-ZrO 2 . La V O especie también es la más baja para DP2-ZrO 2 película. Esto es consistente con las ideas mencionadas anteriormente:(1) el proceso de impresión de inyección de tinta directa puede obtener ZrO 2 película con mayor densidad y menos vacantes de oxígeno, y (2) el proceso de impresión repetido puede llenar los agujeros y trampas y reducir las vacantes dentro de la película. La medición de AFM se realizó para investigar la morfología de la superficie de ZrO 2 impreso película comparada con la de ZrO 2 con recubrimiento giratorio se muestra en el archivo adicional 1:Figura S3. ZrO 2 recubierto por centrifugado exhibe la superficie más lisa con una rugosidad superficial de 0.29 nm, y ZrO 2 de 1 capa y 2 capas impresas directamente las películas son de 1,05 nm y 0,67 nm, respectivamente. ZrO 2 de impresión directa la película posee una superficie más rugosa debido al flujo incontrolable de fluido durante el proceso de formación de la película [19]. La notable disminución en la rugosidad de la superficie al imprimir una capa más para ZrO 2 de impresión directa La película se puede atribuir al fluido impreso en el sustrato, y luego se llenan los agujeros de la capa inicial para desarrollar una película más homogénea. Los resultados de XPS y AFM muestran que el método de impresión por inyección de tinta tiene el potencial de producir películas dieléctricas de mayor calidad y menos defectos en comparación con el método de recubrimiento por rotación, junto con una rugosidad superficial aproximada que es adecuada para la fabricación de TFT.

Espectro de O1 de a SC, b Capa DP1 y c DP2-capa ZrO 2 película

Se realizaron mediciones de capacitancia-voltaje y corriente-voltaje para investigar las propiedades eléctricas de SC-ZrO 2 y DP-ZrO 2 película usando un Al / ZrO 2 / Condensador ITO (metal-aislante-metal) fabricado sobre sustrato de vidrio. Eliminamos la influencia traída por el espesor de las películas ya que tienen un espesor aproximado (60 nm, 45 nm y 60 nm, respectivamente). Como se muestra en la Fig.3, DP1-ZrO 2 la película presenta apenas propiedades aislantes, provocada por un gran número de huecos en la película que sirven de paso para la corriente de fuga. DP2-ZrO 2 La película exhibe la mejor propiedad aislante, de acuerdo con el resultado del espectro de O 1s mencionado anteriormente. Como resultado, la densidad de corriente de fuga de DP2-ZrO 2 la película es de 2,4 × 10 −5 A / cm 2 a 1 MV / cm y la tensión de ruptura es superior a 2,5 MV / cm. En nuestro experimento, más capas impresas son similares en la rugosidad de la superficie y muestran poca mejora en la densidad de la corriente de fuga en comparación con el ZrO 2 impreso de 2 capas película. Por el contrario, imprimir demasiadas capas puede empujar fácilmente la línea triple (línea de fase diferente:gas, líquido, sólido) hacia afuera, induciendo la distribución no uniforme de la tinta precursora. La Figura 4 muestra la curva de capacitancia-voltaje de ZrO 2 con recubrimiento giratorio e impreso directamente Película (s. Se calcula que la constante dieléctrica relativa para estas tres muestras es 19,2, 20,1 y 18,8, que está cerca del valor de referencia (18). Para ZrO 2 con recubrimiento giratorio e impreso con inyección de tinta películas, la densidad de capacitancia aumenta con histéresis de voltaje en ambas tres muestras, y es más pequeña en SC-ZrO 2 muestra y más grande en DP1-ZrO 2 película. La histéresis está relacionada con la uniformidad y el estado defectuoso de la película dieléctrica. Confirma que la homogeneidad del recubrimiento ZrO 2 La película es la mejor y la capa múltiple puede mejorar la uniformidad de las películas de impresión por inyección de tinta directa [20, 21].

Densidad de corriente de fuga de SC, capa DP1 y capa DP2 ZrO 2 película

Densidad de capacitancia de a SC, b Capa DP1 y ( c ) DP2-capa ZrO 2 película

Para estudiar más a fondo el efecto de ZrO 2 capa fabricada de diferentes maneras en el rendimiento de TFT y la estabilidad de la polarización de la puerta, los resultados de la tensión de polarización de la puerta negativa (NBS) y la tensión de la polarización de la puerta positiva (PBS) de IGZO-TFT con SC-ZrO 2 y DP2-ZrO 2 se presentan en la Fig. 5. Las curvas características de transferencia bajo NBS y PBS se midieron aplicando un sesgo positivo (+ 5 V) o negativo (- 5 V) durante 1 h. El DP2-ZrO 2 IGZO TFT muestra un mejor rendimiento en estado estático con una movilidad de saturación ( μ sentado ) de 12,5 cm 2 / V · s, I en / Yo desactivado radio de 10 6 y V th de 0 V. El SC-ZrO 2 IGZO TFT exhibe una movilidad aproximada pero menor de 10,2 cm 2 / V · s, peor I en / Yo desactivado radio de 2 × 10 5 y una corriente de estado desactivado más alta ( I desactivado ), principalmente debido a un aumento de la fuga del canal por una mayor cantidad de vacantes de oxígeno ( V O ) en la película dieléctrica. La V th cambio de IGZO TFT con SC-ZrO 2 y DP2-ZrO 2 bajo las mediciones NBS es insignificante. La V negativa th El desplazamiento de los TFT de óxido bajo NBS generalmente es causado por el atrapamiento del orificio o la inyección de carga, ya que las vacantes de oxígeno ionizado pueden migrar a la interfaz semiconductor / aislante debajo del campo de polarización de la puerta negativa. Los resultados de NBS indican que SC-ZrO 2 o DP2-ZrO 2 la película tiene un contacto favorable con IGZO [22, 23]. Sin embargo, a diferencia de SC-ZrO 2 IGZO TFT que exhibe una V th cambio de 0.4 V después de aplicar PBS durante 1 h, el DP2-ZrO 2 IGZO TFT muestra una degeneración severa del rendimiento y grandes V th cambio de 1,2 V bajo prueba PBS. Los resultados de ZrO 2 -Los TFT de IGZO bajo la prueba PBS se resumen en la Tabla 1. Dado que el V th El desplazamiento de los TFT de óxido bajo la prueba de PBS generalmente es causado por la difusión de moléculas de oxígeno o agua absorbidas, podemos suponer que el canal de retorno de DP2-ZrO 2 IGZO TFT es más sensible al ambiente atmosférico bajo la prueba PBS [24, 25].

un NBS y b Resultados de PBS de SC-ZrO 2 IGZO TFT. c NBS y d Resultados de PBS de DP2-ZrO 2 IGZO TFT

Para investigar la degeneración y V th cambiar bajo la prueba de PBS para ZrO 2 -IGZO TFT, las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de sección transversal y el barrido de línea EDS se midieron para analizar la distribución de elementos. De las imágenes TEM de sección transversal que se muestran en la Fig.6 a y b , una estructura de Al / IGZO / ZrO 2 investigado en este trabajo fue presentado. De las imágenes TEM de alta resolución de la región del canal para SC-ZrO 2 IGZO TFT y DP2-ZrO 2 IGZO TFT, se puede observar obviamente una capa de IGZO de casi 8 nm de espesor, lo que puede demostrarse mediante la distribución del elemento In (Ga, Zn) en los resultados del barrido de líneas EDS. Mientras tanto, tanto para SC-ZrO 2 IGZO TFT y DP2-ZrO 2 IGZO TFT, el ZrO 2 La capa presenta una estructura amorfa que es beneficiosa para una densidad de corriente de fuga baja. Es obvio que a partir del resultado del escaneo de líneas, el elemento Al se difunde en la capa IGZO, lo que puede ser causado por un impacto durante el proceso de pulverización catódica de Al. Además, la proporción del elemento Zr y O es aproximadamente 1:2, lo que demuestra que el ZrO 2 puro se formó después del proceso de recocido. También se obtiene una distribución uniforme de los elementos In, Ga, Zn y Zr en la capa IGZO para SC-ZrO 2 IGZO TFT, que indica una estructura homogénea de ZrO 2 y la película IGZO se estableció durante la pulverización catódica y el proceso de recocido posterior [19]. Pero para DP2-ZrO2 IGZO TFT, In, Ga, Zn, O y Zr están en distribución irregular. En la Fig. 6 (b), podemos ver que el elemento Zr junto con el elemento O se concentra en la interfaz de la capa dieléctrica y activa. Y coincidió totalmente con el análisis del proceso de formación de película del método de impresión multicapa. Durante el proceso de impresión múltiple, el precursor impreso en el sustrato llena parcialmente las vacantes y la mayoría de las gotas se acumulan en la parte superior [26]. Además, la segregación del elemento In y Zn en el canal de retorno de la capa IGZO se observa en la capa IGZO de ZrO 2 impreso -TFT. Dado que la proporción del elemento Zn es mínima en nuestro experimento, el rendimiento eléctrico de IGZO TFT está determinado por el elemento In y Ga. La formación de una región rica en In en la interfaz Al / IGZO se puede concluir de la siguiente manera:durante el proceso de recocido de la capa IGZO que tiene como objetivo eliminar el estado de defecto de IGZO, hubo una redistribución de cada elemento. Los átomos de O se “quitaron” de los elementos In y Zn, ya que tienen una energía de disociación de enlace de oxígeno más baja que el elemento Zr, lo que los aleja de la interfaz dieléctrica / semiconductora. La sustancia elemental de los elementos In y Zn es inestable, por lo que se recombinan con el oxígeno absorbido en el canal posterior, lo que puede demostrarse mediante la exploración con EDS [27,28,29]. La región rica en In con moléculas de agua absorbidas y oxígeno es la razón de una gran V th cambio bajo prueba PBS.

un Imagen TEM y escaneo de línea EDS de SC-ZrO 2 IGZO TFT. b Imagen TEM y escaneo de línea EDS de DP2-ZrO 2 IGZO TFT

Para representar conceptualmente el mecanismo de la actuación degenerada y V th cambio bajo tensión de polarización positiva para IGZO TFT, diagramas de bandas esquemáticos de TFT para ZrO 2 con recubrimiento giratorio y ZrO 2 impreso por inyección de tinta se muestran en la Fig. 7. DP2-ZrO 2 TFT puede acumular más portadores que SC-ZrO 2 TFT en estado estático debido a una mejor propiedad de aislamiento, pero bajo estrés de polarización positiva, la mayoría de los portadores son agotados por moléculas de tipo aceptor como el agua y el oxígeno en la atmósfera. En general, hidrógeno, oxígeno y H 2 Las moléculas de O se incorporarán a la película delgada de IGZO debido a la difusión en el canal de retorno. Posteriormente, el hidrógeno reaccionará con el oxígeno y generará enlaces de oxígeno-hidróxido y consumirá electrones, lo que da como resultado un rendimiento degenerado bajo tensión de polarización positiva. Mientras tanto, el O 2 adsorbido y H 2 Las moléculas de O actúan como una trampa similar a un aceptador que puede capturar electrones de la banda de conducción, lo que conduce a la V positiva. th desplazamiento después de PBS [30]. El rendimiento degenerado y V th Los cambios son inestables y pueden recuperarse después de horas bajo una atmósfera ambiental. Debido a las diferentes energías de disociación de enlaces de oxígeno de óxido de Zr (756 kJ / mol), óxido de Ga (364 kJ / mol), óxido de In (336 kJ / mol) y óxido de Zn (240 kJ / mol) [31 ], Es más probable que los átomos de O se combinen con el elemento Zr debido a las grandes energías de disociación de enlaces de oxígeno. El elemento In y Zn se alejó de ZrO 2 / La interfaz IGZO al canal de retorno absorbe oxígeno en el medio ambiente. Para IGZO TFT utilizando ZrO 2 impreso con inyección de tinta directa como aislante de la puerta, grandes cantidades de hidrógeno, oxígeno y H 2 Las moléculas de O "consumen" los electrones cuando se aplica una tensión de polarización positiva, lo que conduce a la degeneración del rendimiento del dispositivo. Los métodos que incluyen la introducción de una capa de pasivación en la parte superior del electrodo de fuente / drenaje para la estructura de la puerta inferior, el uso de la estructura de la puerta superior y la introducción de una capa de modificación de la interfaz entre la capa dieléctrica y semiconductora son formas efectivas de mejorar el PBS para un dispositivo TFT procesado en solución. lo cual es interesante y se llevará a cabo en nuestra investigación futura.

Diagramas de bandas SC-ZrO 2 TFT y DP2-ZrO 2 TFT bajo estrés por sesgo positivo

Conclusión

En conclusión, fabricamos un ZrO 2 impreso por inyección de tinta directa de alta calidad Aislador de compuerta que utiliza un método de impresión de múltiples capas sin tecnología de patrón adicional, que es adecuado para el proceso de fabricación de impresión de gran tamaño. El proceso de formación de la película demuestra que ZrO 2 La película fabricada mediante un proceso de impresión por inyección de tinta directa obtiene una estructura más densa en comparación con el proceso de recubrimiento por rotación, pero la homogeneidad es peor debido al flujo incontrolable de fluido de la tinta precursora. Los resultados de XPS indican ZrO 2 impreso de 2 capas película posee el porcentaje más alto de especies M-O-M ( V M-O ) y las vacantes de oxígeno más bajas ( V O ), reflejándose en una baja densidad de corriente de fuga. Curva de capacitancia-voltaje de DP2-ZrO 2 la película muestra una leve histéresis, que es similar a SC-ZrO 2 . Como resultado, DP2-ZrO 2 La película presenta una densidad de corriente de fuga relativamente baja de 2,4 × 10 −5 A / cm 2 a 1 MV / cm y una tensión de ruptura superior a 2 MV / cm; Dispositivo TFT basado en DP2-ZrO 2 exhibió una movilidad de saturación de 12,4 cm 2 / Vs, un yo en / Yo desactivado proporción de 10 6 , un voltaje de encendido de 0 V y un V de 1,2 V th cambio después de 1 h de prueba de PBS. La segregación del elemento In en el canal de retorno de la capa IGZO observada en la imagen TEM y el escaneo EDS puede ser responsable de una V th más grande cambio durante la prueba de PBS debido al O 2 adsorbido y H 2 O moléculas que actúan como trampas tipo aceptor que pueden capturar electrones de la banda de conducción. Este artículo presenta las ventajas de la tecnología de impresión por inyección de tinta directa e investiga la propiedad dieléctrica del aislante de óxido procesado en solución utilizado en el dispositivo TFT de óxido. Demuestra que DP2-ZrO 2 tiene una estructura más densa con menos vacantes de oxígeno, pero poca estabilidad bajo PBS causada por la difusión del elemento. Es prometedor que la tecnología de impresión por inyección de tinta directa se aplique en la producción en masa debido a su bajo costo y alto rendimiento después de mejorar su estabilidad.

Abreviaturas

2MOE:

Metoxietanol (disolvente)

AFM:

Microscopio de fuerza atómica

Al:

Aluminio

DP1 / 2:

1/2 capa de impresión directa

EDS:

Sistema diferencial electrónico

H 2 O:

Molécula de agua

IGZO:

Óxido de zinc, galio, indio (semiconductor de óxido)

ITO:

Óxido de indio y estaño (electrodo)

O 1s:

Óxido 1s orbital atómico

O 2 :

Molécula de oxígeno

PBS / NBS:

Estrés de sesgo positivo / negativo (modo de prueba)

SC:

Recubierto por centrifugado

SiN x :

Nitruro de silicio (dieléctrico)

SiO 2 :

Dióxido de silicio (dieléctrico)

TEM:

Microscopio electrónico de transmisión

TFT:

Transistor de película fina

UV:

Ultravioleta

V M-O :

Porcentaje de enlace de óxido de metal

V M-OR :

Porcentaje de enlace metal-orgánico

V O :

Porcentaje de enlace de vacantes de óxido

V th :

Voltaje umbral

XPS:

Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X

ZrO 2 :

Zirconia (óxido dieléctrico)

ZrOCl 2 · 8H 2 O:

Oxicloruro de circonio octahidrato (material)


Nanomateriales

  • Metal
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  • fibra
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  • Nanomateriales
  • Materiales poliméricos
  • Biologicos
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