我院阿布来提·阿布力孜教授团队在氧化物InAlZnO薄膜晶体管研究方面取得重要进展。研究成果以“Effects of Al contents on the electrical performance and low-frequency noise properties of InAlZnO thin-film transistors”为题，发表于国际知名期刊《Applied Physics Letters》（影响因子3.6），新疆大学物理科学与技术学院为第一完成单位，学院2023级硕士研究生赵庚龙为论文第一作者，通讯作者为阿布来提·阿布力孜教授。 |
| 研究背景/选题意义/研究价值： |
氧化物薄膜晶体管 （TFTs） 凭借高载流子迁移率、低制备成本及良好的柔性兼容性，已成为下一代显示驱动、集成电路及光电器件的核心候选器件。其中，铟铝锌氧化物（IAZO）作为多元氧化物体系的典型代表，通过金属元素掺杂调控晶格结构与电子态，可实现器件性能的精准优化，备受学术界与产业界关注。然而，当前 IAZO TFTs 仍面临着关键科学与技术瓶颈：Al 元素掺杂量对薄膜中氧空位、载流子浓度、缺陷态分布及能带结构的调控机制尚不明确，界面缺陷引发的低频噪声问题与器件稳定性不足，严重制约了其在高性能集成器件中的实际应用。此外，现有研究缺乏对 Al 掺杂、薄膜微观结构、电学特性及低频噪声行为之间构效关系的系统阐释，亟需通过多维度表征技术揭示其内在物理机制。 |
| 主要研究内容： |
图1. IAZO TFTs的器件结构、TEM表征与电学、噪声测试分析图 此项工作探究了Al含量对IAZO TFT的电学性能(图 1c)及低频噪声特性(图 1d)的影响。Al含量为0.5at%的IAZO TFT获得了理想的器件性能，包括场效应迁移率(µFE)为14.1 cm²/V·s，亚阈值摆幅(SS)为270 mV·dec-1，阈值电压(VTH)为0.1 V。基于光谱椭圆偏振仪施主态分析(图 1e)及低频噪声表征结果表明，IAZO薄膜中适宜的Al含量(0.5 at%)显著提升了TFT电学特性，该含量不仅能调控载流子浓度与浅施主态，还能抑制VO缺陷并钝化SiO₂/IAZO界面缺陷态密度。此外，低频噪声测量还揭示了1/f噪声的主要来源。为验证LFN的来源，将f=30 Hz、VDS=2 V条件下测得的SID/ID2值绘制为VGS-VTH的函数曲线，四种不同Al含量的器件斜率均在-2左右，表明低频噪声的主要来源可归因于ΔN模型。ΔN模型描述的1/f噪声源于沟道载流子通过隧道效应与栅极介质层中IAZO/SiO₂界面附近陷阱的相互作用。通过该模型，我们定量分析了不同Al含量的 IAZO TFT缺陷态分布，Al含量为0.1、0.3、0.5和1 at%的IAZO TFT的界面缺陷态密度Nit值计算结果分别为2.3×1021、7.1×1020、2.1×1020和1.8×1021 cm−3/eV。研究表明，适量 Al 掺杂可显著降低缺陷态密度、抑制漏电流并提升器件稳定性，为高性能 IAZO TFT的组分设计与性能优化提供了实验与理论依据, 并且为评估IAZO TFT界面的质量提供了一种精确高效的方法。 |
| 主要创新点： |
1、通过调控 Al 掺杂含量，实现对 IAZO 薄膜载流子浓度的精准调控，相比于传统 Ga 掺杂，Al-O 键具有更强键能，可更有效抑制氧空位缺陷，获得更低漏电流与更优器件关态特性。 2、系统研究了不同 Al 含量的 IAZO TFT 的低频噪声特性，揭示 Al 掺杂对陷阱态密度与载流子散射行为的影响规律，从微观缺陷角度阐明器件性能优化机理。 |
| 受项目资助信息： |
本研究得到了科技部重点重大研究计划项目子课题（Grant No. 2022YFE0141500）和新疆维吾尔自治区“天山英才”培养计划项目（Grant No. 2022TSYCCX0018）的资助 |
| 论文链接： |
https://doi.org/10.1063/5.0293617 |
