我院阿布来提·阿布力孜教授团队联合湖南大学刘兴强教授在金属氧化物InYZnO薄膜晶体管研究方面取得重要进展。研究成果以“Effects of different contents yttrium doping on the electrical performance and stability of bilayer IZO/IYZO thin-film transistors”为题，发表于国际应用物理领域顶级期刊《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级硕士研究生马小成为论文第一作者，第一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： |
近年来，透明金属氧化物半导体(如氧化铟和氧化锌)已经成为气体传感器、光电探测器和薄膜晶体管 (TFT) 研究领域的一个重要课题。IZO TFT表现出良好的迁移率，并且主要由铟离子引起的高电导率可以提供重金属阳离子的未占据的S轨道(4d105s0)。由于界面/体陷阱密度，以及大面积均匀的影响。但由于IZO基薄膜晶体管载流子由背沟道环境影响、界面陷阱密度、电荷俘获/去俘获、氧空位（VO）和深缺陷态的形成等诸多因素影响使得IZO-TFT很难在在沟道层中实现适当的载流子浓度，从而获得优异电学性能（较好迁移率、低阈值电压偏移、高电流开关比等），此外，在栅极偏压应力、温度偏压应力、光照应力或周围环境下的不稳定性问题也仍需解决。目前大多数研究都集中在寻找通过新型氧化物材料和后处理来提高稳定性同时保持高性能的方法。近期研究表明，通过不同单个氧化物半导体之间组成的双沟道层结构成功地提高了器件性能。 |
| 主要研究内容： |
图1.InYZnO 薄膜晶体管结构、电学特性测试曲线与TEM、XPS表征分析图 此项工作探究了不同Y含量掺杂对于InYZnO TFT的电学性能及氧空位浓度的影响(图1)。当Y掺杂浓度为2 at%时IZO/IYZO器件有着最好好的器件性能。器件迁移率μFE达到32.6 cm2/Vs，阈值电压Vth仅为0.2 V。Y的掺杂使得InZnO氧空位缺陷含量下降，但过量掺杂使得器件迁移率下降。因此，采用双层结构的设计来改善器件性能。通过能带结构分析发现，双层 IZO/IY(2%)ZO TFTs的高迁移率源于能带弯曲效应，即在界面附近积累的自由电子从 IZO 层向 IY(2%)ZO 层转移。同时，Y掺杂降低了器件的载流子浓度（Ne）、均方根粗糙度（RMS）、阈值电压，氧空位缺陷（VO）和界面缺陷态密度（Dit）。 |
| 主要创新点： |
1、通过金属掺杂Y掺杂，实现对 InYZnO 薄膜载流子浓度的调控，并通过双层结构的设计来改善器件的迁移率和稳定性。 2、系统研究了Y掺杂对于InYZnO TFT 的影响以及通过双层结构改善器件性能的原因，揭示双层结构对界面陷阱态密度与载流子散射行为的影响规律。 |
| 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/10.1063/5.0264102 |
