《Scientific Reports》：用於底柵薄膜晶體管的帶有印刷銀源極和漏極電極的溶液基銦镓鋅氧化物半導體的光子燒結（IF=4.652）

發布日期：2024-11-30瀏覽次數：811

背景：

本研究開發了一種用於高性能全印刷無機薄膜晶體管(TFT)的印刷多層銦镓鋅氧化物(IGZO)和銀(Ag)電極結構的強脈衝光(IPL)退火工藝。通過使用IGZO前體和銀墨水的溶液工藝，製造了底柵結構TFT。使用旋塗法在覆蓋有熱生長二氧化矽的重摻雜矽晶片上形成IGZO半導體層。IGZO層的退火工藝采用了優化的IPL輻照工藝。通過絲網印刷將銀墨水印刷在IGZO層上以形成源極和漏極(S/D)圖案。通過近紅外輻射(NIR)幹燥該S/D圖案，然後通過改變輻照能量用強脈衝光燒結幹燥的S/D圖案。采用參數分析儀測量全印刷TFT的性能，例如場效應遷移率和開/guanbidianchuanshutexing。jiemianfenxibaokuojiechudianzuhehengjiemianweijiegoufenxi，zheshibibukeshaode，yinweizaituihuoheshaojieguochengzhongkenenghuifashengkuosanxianxiang。yinci，gaiTFT器件表現出了值得注意的性能（場效應遷移率：7.96cm2/Vs，開/關比：107）。這與傳統TFT的性能相似，有望在印刷金屬氧化物TFT領域開辟一條新道路。

文獻介紹：

柔性可折疊顯示屏是下一代顯示屏，同時也需要高質量的可視化效果。在這一趨勢下，薄膜晶體管(TFT)的半導體材料（例如Si基化合物）已被氧化物半導體（例如銦镓鋅氧化物(IGZO)）所取代。IGZO因其光學透明性、高電子遷移率、大氣穩定性和機械靈活性，作為下一代TFT的通道層而備受關注。通常，光刻已用於製造TFT中的IGZO，其涉及複雜的沉積、曝光和蝕刻工藝，導致工藝成本高。為了提高工藝效率並降低製造成本，最近開發了一種結合印刷技術的溶液處理IGZO，它可以在室溫和大氣壓下無需光刻即可形成半導體薄膜。通過退火工藝的開發和材料方麵的突破，溶液處理IGZO的性能和工藝效率得到了提高，與沉積IGZO相當。然而，在TFT製造過程中，仍然采用沉積工藝來形成電極和電介質等材料。因此，整個工藝的效率尚未提高。

zaiguoqushinianzhong，yinshuadianzijishudedaolexunsufazhan，liyongyinshuajishuwuxuguangkegongyijikexingchengjuyougezhongnamimoshuicailiaodedianji。tongguoyinshuadianzijishu，keyitongguojiandandeyinshuaheshaojiegongyizhizaodianji，jinnianlaituichulegezhongyinshuaxingshebei。gezhongjinshucailiaoyiyongyujiyuIGZO的TFT，並評估了TFT性能與金屬電極之間的相關性。就鉬和鈦而言，由於它們與IGZO的接觸電阻低，因此可以提高TFT性能，但由於納米顆粒在大氣條件下的氧化現象難以處理，因此很少用作墨水材料。另一方麵，銀（Ag）因其抗氧化性和化學穩定性而成為印刷電子中最先進的電極材料。Y.Ueoka報告稱，Ag可在特定驅動範圍內用作基於IGZO的TFT的電極。但是，由於印刷Ag電極的燒結需要對Ag電極和IGZO層加熱，因此Ag墨水中的幾種添加劑會降低TFT性能，因為IGZO通道會被它們汙染。為了減少這些界麵反應，在IGZO通(tong)道(dao)和(he)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)采(cai)用(yong)了(le)中(zhong)間(jian)層(ceng)。但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)中(zhong)間(jian)層(ceng)的(de)燒(shao)結(jie)過(guo)程(cheng)不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)加(jia)熱(re)過(guo)程(cheng)，還(hai)需(xu)要(yao)較(jiao)長(chang)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)，因(yin)此(ci)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)。為(wei)了(le)使(shi)印(yin)刷(shua)電(dian)子(zi)在(zai)TFT製造中得到更有效的利用，需要對燒結或退火工藝進行一些創新性變革。為了解決燒結時間長的問題，人們開發了強脈衝光(IPL)燒結技術，在室溫等環境條件下短時間內選擇性加熱納米材料（如金屬電極和薄膜）。使用IPL燒結技術，可以在短時間內有效地對氧化物半導體層以及金屬電極進行退火。然而，據我們所知，IPL燒結的金屬電極尚未成功用於TFT的IGZO，而沉積的Al電極則用於IPL退火的IGZO層。這可能是因為之前的大多數研究隻關注每個單層IGZO或電極的退火。尚未研究使用IPL同時對半導體層和金屬電極進行退火和燒結，這可能為TFT製造工藝提供一種創新技術。

因此，本研究開發了一種由印刷IGZO和印刷Ag電極組成的印刷多層IPL退火工藝，並結合深紫外(DUV)和近紅外(NIR)幹燥，用於高性能TFT。通過旋塗將IGZO前體塗覆在覆蓋有熱生長二氧化矽的重摻雜矽晶片上，然後進行IPL退火，並結合深紫外和NIR幹燥。在IPL退火的IGZO層上絲網印刷Ag源/漏(S/D)電極，並通過強脈衝光燒結，同時改變輻照能量。

本研究采用溶液處理的IGZO和印刷Ag電極，無需熱處理和沉積方法，實現了TFT的全印刷和IPL退火工藝。全印刷和IPL退火TFT可實現7.96cm2/V·s的高遷移率和107的開/關比，與基於沉積電極的TFT相當。考慮到Ag電極在IGZO上的熱燒結，得出結論，由於燒結過程中碳的擴散，無法開發熱燒結Ag電極基TFT。發現IPL退火方法不僅適用於IGZO退火，也適用於TFT結構上電極的燒結。此外，全IPL退火工藝能夠形成結構化學和電學穩定的電極和IGZO以及它們的界麵，從而實現高性能TFT。通過全IPL印刷退火工藝，可以在室溫下快速製備全印刷無機TFT，有望在IGZO-TFT領域開辟一條新路。