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通过自组装单层处理显著提升氧化物薄膜晶体管性能

DOI：10.1002/aelm.201901421 期刊：Advanced Electronic Materials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 尽管自组装单分子层（SAM）处理栅极绝缘层是降低界面陷阱密度和表面能的有机薄膜晶体管（TFTs）标准工艺，但由于半导体沉积过程中可能损伤SAM，该技术很少用于氧化物半导体基TFTs。本研究通过探究等离子体损伤对SAM的影响与InGaZnO（IGZO）半导体薄膜沉积条件的关系，论证了采用十八烷基三氯硅烷（OTS）处理的超薄AlxOy栅极绝缘层提升氧化物TFTs性能的可行性。研究发现：在优化条件下，TFTs性能显著改善——界面陷阱密度降低50%，载流子迁移率和电流开关比分别提升2.3倍和76倍。SAM界面处理后器件偏压应力稳定性也获得大幅改善。该优化条件同样适用于OTS处理的HfOx栅极IGZO TFTs，其迁移率较未处理器件从7.8提升至16 cm2 V?1 s?1。这种简单高效的界面处理方法及相应器件有望应用于未来低成本、低功耗电子领域。
作者： Wensi Cai，Jiawei Zhang，Joshua Wilson，Joseph Brownless，Seonghyun Park，Leszek Majewski，Aimin Song
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过研究等离子体损伤对自组装单分子层（SAM）的依赖性与铟镓锌氧（IGZO）半导体薄膜沉积条件的关系，探索采用十八烷基三氯硅烷（OTS）处理的超薄AlxOy栅极绝缘层来提升氧化物薄膜晶体管（TFTs）性能的可行性。

研究成果

研究表明，通过降低界面陷阱密度、提高载流子迁移率和电流开关比，OTS SAM处理能显著改善氧化物薄膜晶体管的性能。优化条件还能增强偏置应力稳定性，表明其在低成本、低功耗电子器件中具有应用潜力。

研究不足

该研究的局限性在于溅射过程中可能对OTS自组装单分子层造成损伤，这可能影响处理的可重复性和均匀性。此外，该方法在其他氧化物半导体和电介质中的适用性有待进一步探索。

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