东工大突破：稳定高迁移率铟锡锌氧化物TFT推动下一代显示
东京工业大学（东工大）研究人员在制造的铟锡锌氧化物薄膜晶体管（TFT）中，终于克服了非晶氧化物半导体基TFT载流子迁移率与稳定性间的权衡。这可为设计比当前硅基技术更廉价的显示技术铺平道路。
非晶氧化物半导体（AOS）因低成本高电子（载流子）迁移率成为下一代显示技术有前景选项。高迁移率对高速成像至关重要。但AOS有阻碍商业化的明显缺陷：迁移率/稳定性权衡。
TFT稳定性核心测试是“负偏压温度应力”（NBTS）稳定性测试。两种受关注AOS TFT是铟镓锌氧化物（IGZO）和铟锡锌氧化物（ITZO）。IGZO TFT有高NBTS稳定性但迁移率差，ITZO TFT特性相反。此权衡存在众所周知，但迄今无理解为何发生。
近期发表于《Nature Electronics》研究中，日本科学家团队报告此权衡解决方案。“我们研究聚焦NBTS稳定性，常规用‘电荷捕获’解释：累积电荷流失到底层衬底。但我们怀疑这能否解释IGZO和ITZO TFT差异，转而关注AOS本身载流子密度变化或费米能级偏移可能性，”东工大助理教授Junghwan Kim说。
为研究NBTS稳定性，团队用“双层有源沟道结构底栅TFT”含NBTS稳定AOS（IGZO）层和NBTS不稳定AOS（ITZO）层。表征TFT并用电荷捕获和费米能级偏移模型进行器件仿真对比。
发现实验数据吻合费米能级偏移模型。“获取此信息后，下一问题是‘控制AOS迁移率主要因素是什么？’”Kim教授说。
AOS TFT制造引入杂质，包括一氧化碳（CO），尤其在ITZO案例。团队发现AOS与非预期杂质间发生电荷转移。此案CO杂质向TFT有源层施予电子，导致费米能级偏移和NBTS不稳定。“此基于CO电子施予机制依赖导带底位置，故在高迁移率ITZO等TFT出现，不在IGZO中，”Kim说。
掌握此知识，研究人员通过400°C处理TFT消除CO杂质制造ITZO TFT，发现NBTS稳定。“超高清技术需电子迁移率超40 cm²/(V·s) TFT。消除CO杂质，我们制造迁移率高达70 cm²/(V·s) ITZO TFT，”Kim说。
但CO杂质非唯一致不稳定原因。据Kim，“任何诱导与AOS电荷转移杂质均可导致栅偏压不稳定。实现高迁移率氧化物TFT，需工业界贡献澄清所有杂质可能来源。”
这些结果可为显示技术、芯片输入输出器件、图像传感器和电力系统制造类似AOS TFT铺平道路。
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