用于优化迁移率和稳定性的PEALD InAlO TFTs纳米层压结构设计

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Nanolaminated Structural Design of PEALD InAlO TFTs for Optimizing Mobility and Stability

InAlO薄膜晶体管通过纳米叠层结构设计优化迁移率与稳定性，采用等离子增强原子层沉积（PEALD）调整生长顺序，控制Al2O3层分布以调节薄膜厚度和Al原子比例，发现In2O3层厚度增加可提升迁移率至18.7 cm2/V·s，同时通过分散Al2O3层抑制缺陷生成保持稳定性，实现阈值电压-0.46 V、亚阈值摆幅64 mV的优化性能。

　　

摘要：

通过纳米层状结构设计，研究了InAlO（IAO）薄膜晶体管（TFT）的迁移率和稳定性的同时优化。通过使用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术优化和设计IAO子循环的生长顺序，制备了具有相同总子循环数但纳米层状结构不同的IAO薄膜。随着Al2O3层变得更加集中，薄膜厚度和Al原子百分比逐渐减小，这可以归因于Al(CH3)3对In2O3的刻蚀作用以及In2O3表面吸附环境的变化。此外，随着In2O3层厚度的增加，制备的IAO TFT表现出更好的场效应迁移率（μFE），同时在偏压应力稳定性方面几乎没有变化，因为相对分散的Al2O3层可以有效减少IAO薄膜中的缺陷生成。优化后的器件具有较低的阈值电压（Vth）为-0.46 V，理想的亚阈值摆幅（SS）为64 mV，较高的迁移率（μFE）为18.7 cm2/V·s，以及在3 V和-3 V下分别经过60分钟应力测试后，偏压应力稳定性变化仅为-86 mV和-18 mV。这种用于设计通道纳米层状结构的方法解决了非晶氧化物半导体（AOS）TFT中迁移率和稳定性之间的权衡问题。