由于跟非晶矽面(miàn)闆制程兼容，非晶氧化物InGaZnO（IGZO）自從在實驗室被(bèi)發(fā)現後(hòu)，很快進(jìn)入了顯示驅動工業應用，如AMLCD、AMOLED、LTPO 面(miàn)闆驅動。以IGZO 爲代表的非晶氧化物薄膜晶體管（TFT）在較高的遷移率 （10 cm²/Vs 左右）、低溫大面(miàn)積制程（可至G8面(miàn)闆以上）、低的關态電流（約比低溫多晶矽TFT低1000倍）等方面(miàn)具有獨特的優勢。然而，伴随著(zhe)顯示技術的快速發(fā)展，現有顯示驅動無法匹配新型高品質顯示的迫切需求。具體而言，伴随著(zhe)顯示面(miàn)闆大面(miàn)積化（＞75 Inch）、超高清化（8K）和高幀頻（240 Hz）的發(fā)展趨勢及未來Micro-LED等高性能(néng)顯示的湧現，客觀上要求TFT器件在保持較低關态電流這(zhè)一優勢的同時，器件場效應遷移率要大于40 cm²/Vs，并兼具較好(hǎo)的性能(néng)穩定性。

　　鑒于此，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所功能(néng)薄膜與智構器件團隊的梁淩燕、曹鴻濤研究員基于InSnZnO（ITZO）半導體材料，圍繞靶材-薄膜-工藝-器件研究鏈條開(kāi)展科研攻關，闡明了靶材質量、源漏電極工藝、稀土摻雜及金屬誘導工藝等對(duì)ITZO-TFT性能(néng)的影響規律，爲後(hòu)續實現高遷、高穩的TFT器件打下了堅實基礎。系列工作發(fā)表在IEEE EDL. 42, 529-532（2021）、Appl. Phys. Lett. 119, 212102 （2021）、IEEE TED. 69, 152-155 （2022）、ACS Appl. Electron. Mater. 2023, 10.1021/acsaelm.2c01673。

　　近期，該團隊攜手中山大學(xué)的劉川教授和相關企業提出了高電子遷移率輸運層和光電子弛豫層的疊層設計，將(jiāng)遷移率和穩定性的關聯/矛盾關系進(jìn)行了解耦，器件遷移率和穩定性（特别是光照和偏壓穩定性）分别與輸運層和弛豫層各自的物性及厚度相關聯，由此實現了高遷移率（＞40 cm²V^-1s^-1，歸一化飽和輸出電流225 μA）和高穩定性（NBIS/PBTS △V_th = -1.64/0.76 V），器件性能(néng)水平極具競争力，解決了目前氧化物TFTs普遍存在的輸運和穩定性難以兼顧的難題。根據氧化物半導體輸運的滲流理論以及經(jīng)典的載流子擴散機制對(duì)實驗結果進(jìn)行了模拟，理論預測跟實驗結果相吻合，驗證了本設計的有效性和可行性。此外，器件的輸運層和弛豫層厚度均超過(guò)20 nm，容易實現大面(miàn)積均勻性，具有很好(hǎo)的工業導入前景。研究結果發(fā)表在Adv. Sci. 2023, 2300373. 10.1002/advs.202300373。

　　上述工作得到了國(guó)家重點研發(fā)計劃（2021YFB3600701）、國(guó)家自然科學(xué)基金（62274167）、中科院重點部署（ZDRW-XX-2022-2）等項目的支持。

TFT應用中的木桶效應以及電子輸運/光電子弛豫疊層設計解決策略與成(chéng)效

　　（先進(jìn)納米材料與器件實驗室 梁淩燕）