在2.5G試驗線上研究了金屬氧化物IGZO薄膜晶體管(TFT)的性能，獲得良好的IGZOTFT性能，遷移率為10.65cm2/V.s，閾值電壓Vth為-1.5V，開態電流為1.58×10-4A，關態電流為3.0×10-12，開關比為5.27×107，亞閾值擺幅為0.44V/Dev，驗證了TFT的均一性和重復性。此外還研究了可見光照和電壓偏應力對IGZOTFT性能的影響，可見光照不會促使IGZOTFTVth的漂移，進行2h的負偏電壓應力測試，IGZOTFT的Vth幾乎沒有漂移。使用上述IGZOTFT基板成功地制作了中國大陸第一款Oxide-LCD樣機(18.5英寸)，展現出良好的效果。

　　金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)具有高的遷移率，適合大面積成膜，與現在非晶硅薄膜晶體管生產產線設備兼容性好，可以更好地滿足大尺寸液晶顯示器和有源有機電致發光的需求，成為最近年研究熱點。金屬氧化物TFT與非晶硅TFT和多晶硅TFT性能對比如表1所示，金屬氧化物TFT與多晶硅TFT相比，其制作溫度低，工藝簡單、成本低，更為關鍵的是克服了多晶硅薄膜大面積成膜均一性不好的缺點，盡管其遷移率沒有多晶硅高，目前遷移率可以達到10~30cm2/V.s，可以滿足未來幾年內平板顯示對遷移率的需求，隨著新材料研究開發，金屬氧化物TFT的遷移率可以達到30cm2/V.s以上，可以很好地滿足未來平板顯示技術對高遷移率的需求，因此可以成為大尺寸有源有機電致發光顯示器件的替代技術。金屬氧化物TFT與非晶硅TFT相比，其遷移率高，至少是非晶硅TFT遷移率的10倍以上，金屬氧化物TFT性能好，可靠性高，與現有非晶硅TFT設備的兼容性好，有利于現有設備的改造升級，是未來非晶硅TFT很好的升級或者替代技術。

表1 非晶硅、多晶硅及非晶IGZO TFT性能對比

　　目前研究所最熱的、技術最成熟的金屬氧化物TFT是金屬銦鎵鋅氧化物TFT，2012年日本的夏普金屬氧化物IGZO-LCD已經上市，2013年韓國L.G公司在美國CES上展出55英寸IGZOAM-OLED，進一步推動了金屬氧化物IGZO TFT的發展和應用。由于金屬氧化物TFT屬于寬禁帶半導體，其禁帶寬度比較高，一般在3.0~3.5eV之間，對可見光的透過率很高，在透明顯示領域有著良好的應用前景。此外，由于金屬氧化物半導體展現出良好的彎曲性能，在柔性顯示領域有著很好應用潛能，可見金屬氧化物TFT是新興的、具有非常廣泛應用前景的半導體顯示技術。

1、實驗和結果

　　目前制作非晶硅TFT一般采用底柵背溝道刻蝕的四次光刻陣列工藝，由于金屬氧化物半導體層IGZO非常容易被H3PO4或者H2O2刻蝕掉，在使用非晶硅TFT的制作構圖工藝形成源漏金屬層圖案時，源漏金屬層H3PO4或者H2O2的刻蝕液容易把金屬氧化物半導體層IGZO腐蝕掉，因此本實驗采用底柵刻蝕阻擋層的結構，有效地解決上述問題。其制作工藝流程如圖1所示。通過第一次光刻工藝形成柵電極及柵極掃描線;通過第二光刻形成金屬氧化物半導體層IGZO;通過第三次光刻工藝形成刻蝕阻擋層;通過第四次光刻形成源漏電極及數據掃描線;通過第五次光刻工藝形成鈍化層及接觸過孔;通過第六次光刻工藝形成透明像素電極。

圖1 IGZO TFT工藝流程

　　按照上述工藝流程在京東方技術研發中心2.5G試驗線上完成整個TFT制作，進行IGZO TFT的電學特性測試，在370mm×470mm的玻璃基板上測試10個點，得到IGZO TFT電學特性曲線如圖2所示：遷移率為：10.65cm²/V.s，閾值電壓Vth為-1.5V，開態電流為1.58×10^-4 A，關態電流為3.0×10^-12，開關比為5.27×10⁷，亞閾值擺幅為0.44V/Dev，展現出優異的電學性能，遷移率幾乎是非晶硅TFT的20倍，開態電流約為非晶硅TFT的100倍。上述非晶IGZO TFT的寬長比設計為W/L=9/9，進行多次測試，得到I-V曲線與圖2相同，獲得很好的重復性。

2、實驗分析

　　實驗數據表明本論文開發的IGZOTFT表現出良好的電學性能，適應用于下一代平板顯示。金屬氧化物IGZOTFT的遷移率達到10.65cm²/V.s，是非晶硅TFT的20倍，可以滿足高驅動頻率、高分辨率及高集成顯示技術的需求。開態電流幾乎是非晶硅TFT的100倍，大幅度提高充電效率，可以減小TFT的尺寸，從而提高開口率。關態電流比非晶硅降低了1/100，可以更好地維持電容存儲的電壓，降低功耗。圖2展示的良好的TFT均一性，在215G試驗線上進行多次驗證，結果表明開發的該IGZOTFT具有很好的重復性，適合進行大面積、高遷移率TFT的量產。

　　圖3所示金屬氧化物IGZO TFT表現出良好的光照性能，在光照的條件下，IGZO TFT的Vth幾乎沒有發生漂移。這主要是因為半導體層IGZO是寬禁帶半導體，禁帶寬度在3.0~3.5eV，可見光產生的能量低于3.0eV，很難把價帶的電子激發到導帶中，產生光生載流子，也進一步說明了本實驗沉積出高質量的IGZO薄膜，形成好的接觸界面，避免在導帶和禁帶之間產生太多的缺陷態和捕獲陷阱。圖4的結果表明金屬氧化物IGZOTFT獲得很好的柵壓應力測試性能，進行負柵壓應力測試時TFT的Vth幾乎沒有漂移，進行正柵電壓應力測試時TFT只有少量的漂移，其漂移程度遠好于非晶硅。

　　在IGZO半導體層及其接觸的界面存在缺陷或雜質，導致在導帶和禁帶之間產生太多的缺陷態和捕獲陷阱，捕獲一定的電荷，在電壓偏應力測試時，在電場的激發下捕獲的電荷被激發到導帶中，導致TFTI-V的Vth發生漂移。上述的結果表明，本實驗很好地控制IGZO半導體層及其接觸界面的缺陷及其雜志的產生，獲得高性能IGZOTFT的特性。

3、結論

　　使用刻蝕阻擋層結構制作IGZO TFT可以很好地解決形成源漏金屬電極時對IGZO半導體層的腐蝕。本論文獲得了很好的IGZO TFT特性，遷移率達到10.65cm²/V.s，約是非晶硅TFT的20倍。IGZO TFT在可見光照射下非常穩定，Vth不會發生漂移。IGZO TFT展現出良好的柵壓偏應力性能，進行2h負柵壓偏應力測試，IGZO TFT的Vth幾乎沒有漂移。本實驗驗證了IGZO TFT均一性和重復性，并制作出中國大陸首款Oxide-LCD樣機(1815inchHD)，展示出良好的顯示性能。