Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Многокомпонентные металлооксиды на основе ZnO и SnO2 для использования в тонкопленочных прозрачных транзисторах Белоусов Сергей Алексеевич

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Белоусов Сергей Алексеевич. Многокомпонентные металлооксиды на основе ZnO и SnO2 для использования в тонкопленочных прозрачных транзисторах: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.27.01 / Белоусов Сергей Алексеевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»], 2017.- 134 с.

Введение к работе

Актуальность темы. К концу XX века появилась возможность изготовления прозрачных дисплеев, так как уже были разработаны достаточно стабильные органические светоизлучающие диоды (OLED). В связи с этим возникла необходимость разработки прозрачного транзистора. Первый прозрачный транзистор был сделан в США в 2003 году. Традиционный электронный компонент – транзистор обрёл необычные свойства, что позволило открыть дорогу новым его применениям.

Прозрачные материалы, которые проводят электричество, известны с сороковых годов прошлого века. Они нашли применение в ЖК-дисплеях, солнечных батареях, ветровых стеклах автомобилей и пр. Но появление прозрачных транзисторов открыло значительно больший простор для разработки информационных систем будущего. Тонкопленочные прозрачные транзисторы (TTFT) в настоящее время являются одной из наиболее перспективных тем для исследований в области прозрачной электроники. Исследованиями по данной тематике заняты такие известные компании, как Canon, JDI, Samsung и LG. Ведутся активные разработки металлооксидных материалов применяемых в TTFT, совершенствуются конструкции и улучшаются характеристики устройств. TTFT применяются при разработке нового поколения прозрачных электронных приборов, однако ещё имеется ряд нерешенных проблем, связанных с дороговизной материалов, недостаточной прозрачностью и нестабильностью параметров, поэтому выбранная тема настоящего исследования является актуальной.

Целью работы является разработка многокомпонентных металлооксид-ных материалов с заданными свойствами таких, как TiO2 + SiO2 и ZnO + SnO2, в качестве элементов конструкции тонкопленочных прозрачных транзисторов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить оптимальный состав металлооксидных пленок TiO2 + SiO2
для изготовления прозрачного подзатворного диэлектрика TTFT.

2. Оценить возможность использования аморфных пленок ZnSnO3 и
Zn2SnO4 в качестве прозрачных проводящих элементов TTFT (затвора, истока и
стока), а также в качестве канала.

3. Отработать технологию напыления двухслойных структур: затвор (ITO)
– диэлектрик (TiO2) и трехслойных структур: затвор (ITO) – диэлектрик (TiO2)
– канал (ZTO) и исследовать их оптические свойства.

4. При магнетронном распылении ZTO оценить возможность использова
ния теневых масок для изготовления TTFT.

5. Разработать макетный образец TTFT на основе ZTO.
Объекты исследования:

  1. Пленки TiO2 + SiO2 с различным содержанием кремния: 2, 4 и 8 ат. %.

  2. Аморфные металлооксидные пленки ZnSnO3 и Zn2SnO4.

  3. Двухслойные структуры ITO - TiO2 (затвор - диэлектрик) и трехслойные структуры ITO - TiO2 - ZTO (затвор - диэлектрик - канал).

Научная новизна результатов работы:

  1. Установлено, что пленка TiO2 + SiO2 толщиной 180 нм с содержанием кремния 8 ат. % обладает диэлектрической проницаемостью е = 17,4, обеспечивает удельную емкость Cg = 0,86 мФ/м2 и может быть использована в качестве подзатворного диэлектрика TTFT.

  2. Полученные при соотношениях оксидов ZnO к SnO2 как 1:1 и 2:1 аморфные пленки ZnSnO3 и Zn2SnO4 обладают высокой электропроводностью и прозрачностью и не требуют дополнительных термообработок для стабилизации параметров.

  3. Установлено, что различное содержание кремния (2, 4 и 8 ат. %) в пленке диэлектрика не оказывает заметного влияния на оптические свойства двухслойных структур (ITO - TiO2) и трехслойных структур (ITO - TiO2 -ZTO).

Практическая значимость:

  1. Металлооксидные пленки TiO2 + SiO2 могут применяться в качестве прозрачного подзатворного диэлектрика TTFT, в конденсаторах и в качестве защитных покрытий.

  2. Установлено, что пленка ZTO c соотношение оксидов ZnO к SnO2 как 1:1 (ZnSnO3) может быть применена для изготовления прозрачного канала TTFT, а пленка с соотношение оксидов ZnO к SnO2 как 2:1 (Zn2SnO4) - для изготовления прозрачных проводящих областей: истока, стока и затвора TTFT. Также пленки могут применяться в качестве просветляющих покрытий.

  3. Технологические режимы напыления двухслойных структур: затвор (ITO) - диэлектрик (TiO2) и трехслойных структур: затвор - диэлектрик - канал (ZTO) могут быть использованы при производстве изделий прозрачной электроники.

  4. Изготовленные теневые маски могут применяться для напыления элементов конструкции TTFT, с длиной канала превышающей 200 мкм.

Достоверность результатов.

Результаты измерений характеристик тонких пленок получены на сертифицированном оборудовании кафедр полупроводниковой электроники и нано-электроники и физики твердого тела ФГБОУ ВО «ВГТУ», кафедры материаловедения и индустрии наносистем ФГБОУ ВО «ВГУ» и АО «ВЗПП-Микрон». При измерении электрофизических параметров тонких пленок металооксидов показана воспроизводимость характеристик от образца к образцу, а ряд результатов совпадает с литературными данными.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Наиболее подходящим для подзатворного диэлектрика прозрачного тонкопленочного транзистора из пленок TiO2 + SiO2 с содержанием кремния 2, 4 и 8 ат. % является состав TiO2 + 8 ат. % Si, обеспечивающий удельную емкость Cg = 0,86 мФ/м2 при толщине 180 нм.

  2. При соотношении оксидов ZnO к SnO2 как 1:1 образуется аморфная пленка ZnSnO3, электрофизические свойства которой позволяют использовать её в качестве канала тонкопленочного прозрачного транзистора.

  3. При соотношении оксидов ZnO к SnO2 как 2:1 образуется аморфная пленка Zn2SnO4, электрофизические свойства которой позволяют применять её для изготовления истока, стока и затвора прозрачного тонкопленочного транзи-стора (п = 91017 см-3; м = 18 см2/(Вс)).

  4. Двухслойные структуры ITO - TiO2 и трехслойные ITO - TiO2 - ZTO по своим оптическим свойствам подходят для изготовления элементов конструкции прозрачного тонкопленочного транзистора.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, магистрантов и студентов (Воронеж, ФГБОУ ВО «ВГТУ», 2014-2017 гг.); на 1-ой Международной научно-практической конференции «Антропоцентрические науки: инновационный взгляд на образование и развитие личности» (Воронеж, ФГБОУ ВО «ВГТУ», 2014 г.); на XXIII-ой международной научной конференции «Релаксационные явления в твёрдых телах» (Воронеж, 2015 г.) и на всероссийской научной конференции «Системы обеспечения техносферной безопасности» (Таганрог, ЮФУ, 2016 г.).

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, и патент РФ на полезную модель.

В совместных работах автор принимал непосредственное участие в подготовке и проведении эксперимента, в обсуждении полученных результатов и подготовке работ к печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из 182 наименований. Работа изложена на 134 страницах, содержит 12 таблиц и 67 рисунков.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания министерства науки и образования РФ (грант № 3.574.2014/K) на выполнение научно-исследовательской работы в сфере научной деятельности.