Investigação de ZrO2 impresso a jato de tinta direto versus revestido por rotação para transistor de filme fino IGZO sputter

Resumo

Neste trabalho, uma baixa corrente de fuga ZrO ₂ foi fabricado para transistor de filme fino de óxido de gálio e zinco (IGZO) catódico usando tecnologia de impressão a jato de tinta direta. ZrO revestido por rotação e impresso a jato de tinta direto ₂ foram preparados para investigar o processo de formação do filme e o desempenho elétrico para diferentes processos. ZrO homogêneo ₂ filmes foram observados por meio de imagens TEM de alta resolução. A estrutura química do ZrO ₂ os filmes foram investigados por medições XPS. O ZrO impresso a jato de tinta ₂ camada sobre IGZO mostrou um desempenho superior na mobilidade e fora da corrente de estado, mas um grande V _th mudança sob estresse de polarização positiva. Como resultado, o dispositivo TFT baseado em ZrO impresso a jato de tinta ₂ exibiu uma mobilidade de saturação de 12,4 cm ² / Vs, um I _em / I _desligado proporção de 10 ⁶ , uma tensão de ativação de 0 V e 1,4-V V _th deslocamento após a cepa PBS de 1 h. Filmes de alta densidade com menos vacância de oxigênio foram responsáveis ​​pela baixa corrente de estado desligado para o ZrO impresso ₂ dispositivo. O mecanismo de deterioração do desempenho no teste PBS pode ser atribuído à região In-rich formada no canal traseiro que absorve facilmente H ₂ O e oxigênio. O absorvido H ₂ O e oxigênio capturam elétrons sob estresse de polarização positiva, servindo como aceptores no dispositivo TFT. Este trabalho demonstra o processo de formação de filmes de óxidos impressos a jato de tinta direto e revestidos por rotação e revela o potencial do dielétrico de óxido impresso a jato de tinta direto em dispositivos TFT de óxido de alto desempenho.

Histórico

Os dielétricos de óxido metálico surgiram recentemente como alternativas promissoras ao SiO ₂ e SiN _x em transistores de filme fino (TFTs) devido às suas propriedades superiores, incluindo alta capacitância, estados de baixo defeito e grande gap que leva a alta mobilidade e baixa corrente desligada [1,2,3]. Por essas razões, óxidos dielétricos fabricados por processo a vácuo são amplamente estudados em visores, matrizes de sensores e circuitos de acionamento [4]. Enquanto isso, o processo de solução também recebeu atenção notável por causa da vantagem do baixo custo para a fabricação em grande escala, incluindo revestimento por rotação, impressão a jato de tinta, revestimento por spray e revestimento por fenda [5, 6]. Entre eles, a impressão direta a jato de tinta é o método mais promissor que pode obter filmes padronizados sem fotolitografia. No entanto, os dispositivos TFT fabricados pelo processo de impressão a jato de tinta exibem desempenhos elétricos inferiores em comparação com os processados ​​a vácuo. Filmes de óxido metálico de impressão a jato de tinta direta enfrentam sérios problemas:(1) o espalhamento incontrolável do precursor de óxido no substrato devido à diferença de energia de superfície do fluido e substrato e (2) a compatibilidade dos dielétricos de óxido impresso com semicondutor [7 ]

O processo de formação de filme dielétrico processado em solução tem influência significativa na propriedade elétrica. O método de revestimento por rotação como uma técnica estabelecida é amplamente utilizado em TFT processado em solução. A densidade da corrente de fuga do dielétrico de óxido revestido por rotação é geralmente inferior a 10 ⁻⁶ A / cm ² a 1 MV / cm, e o campo elétrico de ruptura é superior a 2 MV / cm. A mobilidade de saturação do TFT com base no dielétrico de óxido revestido é de cerca de 10 cm ² / Vs. No entanto, para óxido dielétrico impresso, a densidade de corrente de fuga é cerca de duas ordens de magnitude maior do que para o filme de óxido revestido (> 10 ^{- 4} A / cm ² a 1 MV / cm) e a mobilidade de saturação é inferior a 5 cm ² / Vs. Poucos relatórios compararam filmes dielétricos impressos a jato de tinta com filmes revestidos por rotação, especialmente no processo de formação de filmes. Densidade, rugosidade superficial e homogeneidade dos filmes dielétricos são os fatores mais importantes relacionados ao desempenho elétrico do TFT [8]. Além disso, a interface entre o isolador da porta e o semicondutor também desempenha um papel fundamental para o processo de solução TFT [9]. Um estudo abrangente sobre dielétricos de óxidos impressos a jato de tinta é de grande valor para entender melhor essa técnica promissora.

Neste artigo, preparamos ZrO ₂ de alta qualidade filmes com aparência de superfície favorável e excelente desempenho elétrico por ambos os métodos de revestimento e impressão e investigou o efeito elétrico aplicado em óxido de índio gálio e zinco (IGZO) TFT [10, 11]. O processo de formação de filme dos métodos de spin-coating e impressão direta é comparado. O método de revestimento por rotação é dominado pela força centrífuga que leva a uma distribuição uniforme, mas dispersiva de moléculas, enquanto o processo de impressão a jato de tinta depende da dinâmica dos fluidos. De acordo com o teste XPS e IV, ZrO impresso a jato de tinta ₂ o filme (camadas duplas) tinha menos vacâncias de oxigênio em comparação com o filme revestido por centrifugação. Aumentando as camadas impressas de ZrO ₂ os filmes podem preencher os buracos e as lacunas criadas pelo fluxo instável de propagação do precursor no substrato, contribuindo para menos defeitos e uniformidade superior. o ZrO impresso a jato de tinta direto ₂ filme para IGZO sputtered tem menor densidade de corrente de fuga, maior mobilidade, maior relação liga / desliga e maior V _th deslocamento sob tensão de polarização positiva do que o ZrO revestido por spin ₂ -TFT. A região In-rich formada no canal posterior do ZrO ₂ impresso a jato de tinta O TFT é responsável por uma estabilidade pior, uma vez que as moléculas de água e o oxigênio do ar podem ser facilmente absorvidos sob estresse de polarização positiva, consumindo elétrons da camada IGZO. Ele revela que a técnica de impressão a jato de tinta direta é capaz de fabricar óxido dielétrico de alta densidade, mas o defeito da interface deve ser bem controlado para evitar instabilidade elétrica.

Métodos

Materiais

O ZrO ₂ solução foi sintetizada dissolvendo 0,6 M ZrOCl ₂ · 8H ₂ O em uma mistura de solvente de 10 ml de 2-metoxietanol (2MOE) e etilenoglicol com uma proporção de 2:3 para atingir uma certa tensão superficial do precursor. A solução foi agitada a 500 r / min à temperatura ambiente durante 2 h, seguido de envelhecimento durante pelo menos 1 dia. Para o processo de tratamento com ozônio UV, uma lâmpada UV de 100 W com comprimento de onda de 250 nm foi usada para irradiar o substrato de óxido de estanho e índio (ITO) limpo com álcool isopropílico e água deionizada. Posteriormente, ZrO ₂ os filmes eram formados por spin coating ou processo de impressão a jato de tinta direto. O processo de revestimento foi realizado com velocidade de 5000 rpm por 45 s, enquanto o espaço de gota e a temperatura do bico são de 30 μm e 30 ° C para o processo de impressão. ZrO ₂ os filmes foram recozidos a 350 ° C sob ambiente atmosférico por 1 h. IGZO de 10 nm de espessura foi então cultivado pelo método de pulverização catódica pulsada de corrente contínua com uma pressão de 1 mTorr (oxigênio:argônio =5%) e padronizado por máscara de sombra. IGZO foi recozido a 300 ° C por 1 h para reduzir o defeito no filme. A largura e o comprimento do canal foram 550 μm e 450 μm; assim, a relação largura / comprimento foi de 1,22. Finalmente, eletrodos fonte / dreno de Al com espessura de 150 nm foram depositados por pulverização catódica por corrente contínua em temperatura ambiente.

Instrumentos

Medidas de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) foram realizadas para investigar a estrutura química em semicondutores de óxido realizadas por ESCALAB250Xi (Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA) a uma pressão básica de 7,5 × 10 ⁻⁵ mTorr. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão transversal (TEM) foram medidas por JEM-2100F (JEOL, Akishima, Tóquio, Japão) e os resultados do mapeamento do sistema diferencial eletrônico (EDS) foram analisados ​​por Bruker (Adlershof, Berlim, Alemanha) para investigar a distribuição do elemento. No escuro e com ar em temperatura ambiente, as curvas de capacitância-tensão foram medidas por um medidor de LCR de precisão Agilent 4284A (HP, EUA). Para medir as características de transferência de IGZO TFT e curvas de densidade de corrente de fuga, usamos o analisador de parâmetros de semicondutor de precisão 4156C da Agilent. As características de transferência foram medidas por uma tensão de porta varrendo de - 5 a 5 V com uma tensão de dreno de 5 V. Calculamos a mobilidade do efeito de campo usando a curva de transferência medida e a seguinte equação:
$$ {I} _ {\ mathrm {DS}} =\ frac {W \ mu {C} _ {\ mathrm {i}}} {2L} {\ left ({V} _ {\ mathrm {GS}} - {V} _ {\ mathrm {th}} \ right)} ^ 2 $$ (1)
onde eu _DS , C _i , μ, W, L, V _GS , e V _th são a corrente de dreno, a capacitância do dielétrico da porta por unidade de área, a mobilidade de saturação, a largura do canal, o comprimento do canal, a tensão da porta e a tensão de limiar, respectivamente. A constante dielétrica é calculada pela equação da seguinte forma:
$$ {\ varepsilon} _ {\ mathrm {r}} =\ frac {C \ cdotp d} {\ varepsilon_0 \ cdotp S} $$ (2)
onde ε _r , C , d , ε ₀ , e S são a constante dielétrica relativa, a capacitância do dielétrico da porta, a espessura do dielétrico da porta, a constante dielétrica de vácuo e a área do eletrodo, respectivamente.

Resultado e discussão

O processo de formação de filme do método de impressão a jato de tinta direto em comparação com o método de revestimento por rotação é proposto na Fig. 1. Durante o processo de revestimento por rotação, as gotas são forçadas a se espalhar uniformemente em todo o substrato pela força centrífuga [12]. Como consequência, após o processo de recozimento ZrO ₂ as moléculas estão bem distribuídas no substrato. Enquanto isso, a maioria dos ZrO ₂ as moléculas são jogadas fora durante o processo de revestimento, vagas ocorrem dentro do filme. A densidade dos filmes fabricados pelo processo de spin coating são irrelevantes para os parâmetros de revestimento para certos precursores [13]. Para o processo de impressão a jato de tinta, a impressora se move em uma direção específica para deixar gotas no substrato. As gotas se fundem no equilíbrio do processo de espalhamento e encolhimento, que é influenciado pela gravidade, tensão superficial e viscoelasticidade do precursor. O processo de formação de filme de impressão a jato de tinta pode ser bem controlado otimizando os parâmetros de processamento do espaço da gota, velocidade do jato, composição da tinta e temperatura do substrato [14]. O fator mais importante é o espaço para soltar definido pela impressora e o processo de pós-tratamento para o substrato. Arquivo adicional 1:A Figura S1 mostra imagens do ângulo de contato do precursor de impressão em substrato ITO com diferentes períodos de tratamento de UV e o microscópio de polarização de ZrO recozido ₂ filmes. ZrO ₂ o filme impresso em substrato ITO com irradiação de ozônio de 40 s possui a melhor morfologia. Além disso, o método de impressão em múltiplas camadas é eficiente na redução de furos no filme, preenchendo espaços vazios com gotas adicionais impressas diretamente no topo da camada anterior, levando a um filme mais homogêneo com maior densidade e menos defeitos [15]. A espessura dos filmes impressos em 1 e 2 camadas é de 45 nm e 60 nm, respectivamente (Arquivo adicional 1:Figura S2). A espessura do filme não é proporcional às camadas impressas, o que explica que o método de impressão múltipla não é apenas um processo de acúmulo de espessura [16]. Em geral, a qualidade do ZrO impresso diretamente ₂ os filmes podem ser bem controlados por parâmetros de processamento. Em nosso experimento, preparamos ZrO revestido por rotação (SC), impresso a jato de tinta direto em 1 camada (DP1) e em 2 camadas (DP2) ZrO ₂ filmes e dispositivos IGZO-TFT baseados nesses filmes para investigar a diferença na morfologia do filme e nas propriedades elétricas de diferentes processos de formação de filme.

Processo de formação do filme de a revestimento por rotação e b método de impressão a jato de tinta direto

A Figura 2a-c mostra o espectro de O1s de ZrO ₂ filme preparado por métodos diferentes. Ajustamos o pico de 1s de oxigênio a uma superposição de três componentes de pico. Os picos centrados em 529,8 ± 0,2 eV, 531,7 ± 0,2 eV e 532,1 ± 0,1 eV podem ser atribuídos a espécies de ligação metal-oxigênio ( V _M-O ), vagas de oxigênio ( V _O ), e espécies fracamente ligadas ( V _M-OR ), respectivamente [17, 18]. O V _M-O espécies do DP2-ZrO ₂ filme é 81,57%, o que é muito maior do que o SC-ZrO ₂ e DP1-ZrO ₂ . O V _O espécie também é a mais baixa para DP2-ZrO ₂ filme. Isso é consistente com as idéias mencionadas acima:(1) o processo de impressão a jato de tinta direto pode obter ZrO ₂ filme com maior densidade e menos vacâncias de oxigênio, e (2) processo de impressão repetido pode preencher os buracos e armadilhas e reduzir as vagas dentro do filme. A medição AFM foi realizada para investigar a morfologia da superfície do ZrO impresso ₂ filme em comparação com aquele de ZrO revestido por rotação ₂ mostrado no arquivo adicional 1:Figura S3. ZrO revestido por rotação ₂ exibe a superfície mais lisa com uma rugosidade de superfície de 0,29 nm e impressão direta de ZrO de 1 e 2 camadas ₂ os filmes são 1,05 nm e 0,67 nm, respectivamente. ZrO impresso diretamente ₂ o filme possui uma superfície mais áspera devido ao fluxo incontrolável de fluido durante o processo de formação do filme [19]. A notável diminuição da rugosidade da superfície com a impressão de mais uma camada para impressão direta do ZrO ₂ o filme pode ser atribuído ao fluido impresso no substrato, depois preencher os orifícios da camada inicial para desenvolver um filme mais homogêneo. Os resultados de XPS e AFM mostram que o método de impressão a jato de tinta tem potencial para produzir filmes dielétricos de maior qualidade e menor defeito em comparação com o método de revestimento por rotação, juntamente com a rugosidade superficial aproximada, que é adequada para a fabricação de TFT.

Espectro O1s de a SC, b Camada DP1 e c Camada DP2 ZrO ₂ filme

As medições de capacitância-tensão e corrente-tensão foram realizadas para investigar as propriedades elétricas de SC-ZrO ₂ e DP-ZrO ₂ filme usando um Al / ZrO ₂ / Capacitor ITO (metal-isolador-metal) fabricado em substrato de vidro. Eliminamos a influência da espessura do filme, uma vez que eles têm espessura aproximada (60 nm, 45 nm e 60 nm, respectivamente). Conforme mostrado na Fig. 3, DP1-ZrO ₂ o filme dificilmente exibe qualquer propriedade isolante, causada por um grande número de espaços vazios no filme que servem de passagem para a corrente de fuga. DP2-ZrO ₂ o filme exibe a melhor propriedade de isolamento, consistente com o resultado do espectro de O 1s mencionado acima. Como resultado, a densidade de corrente de fuga de DP2-ZrO ₂ filme é 2,4 × 10 ⁻⁵ A / cm ² a 1 MV / cm e a tensão de ruptura é superior a 2,5 MV / cm. Em nosso experimento, mais camadas impressas são semelhantes na rugosidade da superfície e mostram pouca melhoria na densidade de corrente de fuga em comparação com o ZrO de 2 camadas impresso ₂ filme. Pelo contrário, imprimir muitas camadas pode facilmente empurrar a linha tripla (linha de fase diferente:gás, líquido, sólido) movendo-se para fora, induzindo a distribuição não uniforme da tinta precursora. A Figura 4 mostra a curva de capacitância-tensão de ZrO ₂ com revestimento de spin e impressão direta filmes. A constante dielétrica relativa para essas três amostras é calculada como 19,2, 20,1 e 18,8, que está próxima do valor de referência (18). Para ZrO revestido de rotação e impresso a jato de tinta ₂ filmes, a densidade da capacitância aumenta com a histerese de tensão é observada em ambas as três amostras, e é menor em SC-ZrO ₂ amostra e maior em DP1-ZrO ₂ filme. A histerese está relacionada à uniformidade e ao estado de defeito do filme dielétrico. Ele confirma que a homogeneidade do revestimento ZrO ₂ o filme é o melhor e a camada múltipla pode melhorar a uniformidade dos filmes de impressão a jato de tinta direto [20, 21].

Densidade de corrente de fuga de SC, camada DP1 e camada DP2 ZrO ₂ filme

Densidade de capacitância de a SC, b Camada DP1, e ( c ) ZrO da camada DP2 ₂ filme

Para estudar mais o efeito do ZrO ₂ camada fabricada de maneiras diferentes no desempenho de TFT e estabilidade de polarização de porta, estresse de polarização de porta negativa (NBS) e estresse de polarização de porta positiva (PBS) de IGZO-TFT com ambos SC-ZrO ₂ e DP2-ZrO ₂ são apresentados na Fig. 5. As curvas características de transferência sob NBS e PBS foram medidas aplicando uma polarização positiva (+ 5 V) ou negativa (- 5 V) por 1 h. O DP2-ZrO ₂ IGZO TFT mostra melhor desempenho no estado estático com uma mobilidade de saturação ( μ _sat ) de 12,5 cm ² / V · s, eu _em / eu _desligado rádio de 10 ⁶ e V _th de 0 V. O SC-ZrO ₂ IGZO TFT exibe uma mobilidade aproximada, mas inferior, de 10,2 cm ² / V · s, pior eu _em / eu _desligado rádio de 2 × 10 ⁵ , e maior corrente fora do estado ( I _desligado ), principalmente devido a um aumento de vazamento de canal por maior quantidade de vacâncias de oxigênio ( V _O ) no filme dielétrico. O V _th mudança de IGZO TFT com ambos SC-ZrO ₂ e DP2-ZrO ₂ em medições NBS é insignificante. O negativo V _th O deslocamento dos TFTs de óxido sob NBS é geralmente causado pelo aprisionamento do orifício ou injeção de carga, uma vez que os vazios de oxigênio ionizado podem migrar para a interface semicondutor / isolador sob o campo de polarização da porta negativa. Os resultados do NBS indicam que SC-ZrO ₂ ou DP2-ZrO ₂ filme tem um contato favorável com IGZO [22, 23]. No entanto, ao contrário de SC-ZrO ₂ IGZO TFT que exibe um V _th deslocamento de 0,4 V após a aplicação de PBS por 1 h, o DP2-ZrO ₂ IGZO TFT mostra uma degeneração severa de desempenho e grande V _th deslocamento de 1,2 V sob teste PBS. Os resultados do ZrO ₂ -IGZO TFTs sob teste PBS são resumidos na Tabela 1. Uma vez que o V _th O deslocamento de TFTs de óxido sob o teste de PBS é geralmente causado pela difusão de água absorvida ou moléculas de oxigênio, podemos assumir que o canal de retorno de DP2-ZrO ₂ IGZO TFT é mais sensível ao ambiente atmosférico no teste PBS [24, 25].

a NBS e b Resultados PBS de SC-ZrO ₂ IGZO TFT. c NBS e d Resultados PBS de DP2-ZrO ₂ IGZO TFT

Para investigar a degeneração e V _th mudança no teste PBS para ZrO ₂ -IGZO TFT, as imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) transversal e varredura de linha EDS foram medidas para analisar a distribuição do elemento. A partir das imagens de seção transversal TEM mostradas na Fig. 6 a e b , uma estrutura do Al / IGZO / ZrO ₂ investigado neste artigo foi apresentado. Das imagens TEM de alta resolução da região do canal para ambos SC-ZrO ₂ IGZO TFT e DP2-ZrO ₂ IGZO TFT, uma camada IGZO de quase 8 nm de espessura pode ser obviamente observada, o que pode ser comprovado pela distribuição do elemento In (Ga, Zn) nos resultados de varredura de linha EDS. Enquanto isso, para ambos SC-ZrO ₂ IGZO TFT e DP2-ZrO ₂ IGZO TFT, o ZrO ₂ camada exibe uma estrutura amorfa que é benéfica para a densidade de corrente de baixa fuga. É óbvio que a partir do resultado da varredura de linha, o elemento Al se difunde na camada IGZO, o que pode ser causado pelo impacto durante o processo de pulverização catódica de Al. Além disso, a proporção do elemento Zr e O é de aproximadamente 1:2, o que demonstra que o ZrO puro ₂ foi formado após o processo de recozimento. A distribuição uniforme dos elementos In, Ga, Zn e Zr também são obtidos na camada IGZO para SC-ZrO ₂ IGZO TFT, indicando uma estrutura homogênea de ZrO ₂ e o filme IGZO foi estabelecido durante a pulverização catódica e o processo de pós-recozimento [19]. Mas para DP2-ZrO2 IGZO TFT, In, Ga, Zn, O e Zr estão em distribuição irregular. Na Fig. 6 (b), podemos ver que o elemento Zr junto com o elemento O está concentrado na interface da camada dielétrica e ativa. E coincidiu totalmente com a análise do processo de formação do filme pelo método de impressão em múltiplas camadas. Durante o processo de impressão múltipla, o precursor impresso no substrato preenche parcialmente as lacunas e a maioria das gotas se acumula no topo [26]. Além disso, a segregação do elemento In e Zn no backchannel da camada IGZO é observada na camada IGZO do ZrO impresso ₂ -TFT. Como a proporção do elemento Zn é mínima em nosso experimento, o desempenho elétrico do IGZO TFT é determinado pelo elemento In e Ga. A formação de uma região In-rich na interface Al / IGZO pode ser concluída da seguinte forma:durante o processo de recozimento da camada IGZO que visa eliminar o estado de defeito do IGZO, houve uma redistribuição de cada elemento. Os átomos de O foram “retirados” dos elementos In e Zn, uma vez que eles têm menor energia de dissociação da ligação de oxigênio do que o elemento Zr, empurrando-os para longe da interface dielétrica / semicondutor. A substância elementar dos elementos In e Zn são instáveis, então eles se recombinam com o oxigênio absorvido no canal traseiro, o que pode ser comprovado pela varredura EDS [27,28,29]. A região rica em moléculas de água absorvidas e oxigênio é a razão para um grande V _th mudança sob o teste PBS.

a Imagem TEM e varredura de linha EDS de SC-ZrO ₂ IGZO TFT. b Imagem TEM e varredura de linha EDS de DP2-ZrO ₂ IGZO TFT

A fim de representar conceitualmente o mecanismo da performance degenerada e V _th deslocamento sob tensão de polarização positiva para IGZO TFT, diagramas de banda esquemáticos de TFT para ZrO revestido por rotação ₂ e ZrO impresso a jato de tinta ₂ são mostrados na Fig. 7. DP2-ZrO ₂ TFT pode acumular mais portadores do que SC-ZrO ₂ TFT no estado estático devido a uma melhor propriedade de isolamento, mas sob tensão de polarização positiva, a maioria dos portadores são exauridos por moléculas semelhantes a aceitadores, como água e oxigênio na atmosfera. Em geral, hidrogênio, oxigênio e H ₂ As moléculas O serão incorporadas ao filme fino de IGZO devido à difusão no backchannel. Posteriormente, o hidrogênio vai reagir com o oxigênio e gerar ligações oxigênio-hidróxido e consumir elétrons, o que resulta em desempenho degenerado sob estresse de polarização positiva. Enquanto isso, o O ₂ adsorvido e H ₂ As moléculas O atuam como uma armadilha semelhante a um aceptor que pode capturar elétrons da banda de condução, levando ao V positivo _th mudança após PBS [30]. O desempenho degenerado e V _th turnos são instáveis ​​e podem se recuperar após horas sob uma atmosfera ambiente. Devido a diferentes energias de dissociação de ligações de oxigênio de Zr-Óxido (756 kJ / mol), Ga-Óxido (364 kJ / mol), In-Óxido (336 kJ / mol) e Zn-Óxido (240 kJ / mol) [31 ], Os átomos de O são mais propensos a se combinarem com o elemento Zr devido às grandes energias de dissociação das ligações de oxigênio. Os elementos In e Zn afastados de ZrO ₂ A interface / IGZO com o backchannel absorve o oxigênio do ambiente. Para IGZO TFT usando ZrO impresso a jato de tinta direto ₂ como isolante de porta, grandes quantidades de hidrogênio, oxigênio e H ₂ As moléculas O “consomem” os elétrons ao aplicar o estresse de polarização positiva, levando à degeneração do desempenho do dispositivo. Métodos incluindo a introdução de uma camada de passivação na parte superior do eletrodo de fonte / dreno para a estrutura de porta inferior, usando a estrutura de porta superior e a introdução de uma camada de modificação de interface entre a camada dielétrica e semicondutora são maneiras eficazes de melhorar o PBS para um dispositivo TFT processado por solução, o que é interessante e será realizado em nossas pesquisas futuras.

Diagramas de banda SC-ZrO ₂ TFT e DP2-ZrO ₂ TFT sob estresse de polarização positiva

Conclusão

Concluindo, fabricamos um ZrO ₂ impresso a jato de tinta direto de alta qualidade isolador de porta usando o método de impressão de múltiplas camadas sem tecnologia de padronização extra, que é adequado para o processo de fabricação de impressão de grande porte. O processo de formação do filme demonstra que ZrO ₂ o filme fabricado pelo processo de impressão a jato de tinta direto obtém uma estrutura mais densa em comparação com o processo de revestimento por rotação, mas a homogeneidade é pior por causa do fluxo incontrolável de fluido da tinta precursora. Os resultados de XPS indicam ZrO de 2 camadas impresso ₂ o filme possui a maior porcentagem de espécies M-O-M ( V _M-O ) e as vagas de oxigênio mais baixas ( V _O ), refletindo em uma baixa densidade de corrente de fuga. Curva de capacitância-tensão de DP2-ZrO ₂ filme mostra uma ligeira histerese, que é semelhante a SC-ZrO ₂ . Como resultado, DP2-ZrO ₂ o filme exibe uma densidade de corrente de fuga relativamente baixa de 2,4 × 10 ⁻⁵ A / cm ² a 1 MV / cm e uma tensão de ruptura acima de 2 MV / cm; Dispositivo TFT baseado em DP2-ZrO ₂ exibiu uma mobilidade de saturação de 12,4 cm ² / Vs, um I _em / eu _desligado proporção de 10 ⁶ , uma tensão de ativação de 0 V e um 1,2 V V _th mudar após 1 h de teste de PBS. A segregação do elemento In no backchannel da camada IGZO observada na imagem TEM e varredura EDS pode ser responsável por maiores V _th mudança durante o teste PBS devido ao O ₂ adsorvido e H ₂ Moléculas O que atuam como armadilhas do tipo aceitador que podem capturar elétrons da banda de condução. Este artigo apresenta as vantagens da tecnologia de impressão a jato de tinta direta e investiga a propriedade dielétrica do isolador de óxido processado em solução usado em dispositivo de óxido TFT. Isso demonstra que DP2-ZrO ₂ tem uma estrutura mais densa com menos vacâncias de oxigênio, mas baixa estabilidade sob PBS causada pela difusão do elemento. É promissor para a tecnologia de impressão a jato de tinta direta ser aplicada na produção em massa por seu baixo custo e alto desempenho após melhorar sua estabilidade.

Abreviações

2MOE:

Metoxietanol (solvente)

AFM:

Microscópio de força atômica

Al:

Alumínio

DP1 / 2:

1/2 camada impressa diretamente

EDS:

Sistema diferencial eletrônico

H ₂ O:

Molécula de água

IGZO:

Óxido de índio, gálio e zinco (óxido semicondutor)

ITO:

Óxido de índio e estanho (eletrodo)

O 1s:

Orbital atômico de óxido 1s

O ₂ :

Molécula de oxigênio

PBS / NBS:

Estresse de polarização positiva / negativa (modo de teste)

SC:

Revestido por rotação

SiN _x :

Nitreto de silício (dielétrico)

SiO ₂ :

Dióxido de silício (dielétrico)

TEM:

Microscopia eletrônica de transmissão

TFT:

Transistor de filme fino

UV:

Ultravioleta

V _M-O :

Porcentagem de ligação de óxido de metal

V _M-OR :

Porcentagem de ligação metal-orgânica

V _O :

Porcentagem de vínculo de vacância de óxido

V _th :

Tensão de limiar

XPS:

espectroscopia de fotoelétrons de raios-X

ZrO ₂ :

Zircônia (óxido dielétrico)

ZrOCl ₂ · 8H ₂ O:

Oxicloreto de zircônio octahidratado (material)

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