以氧化铟镓锌（IGZO）为代表的金属氧化物薄膜晶体管（TFT），具有较高的场效应迁移率、良好的电学稳定性和可大面积均匀制备等特点，在平板显示器领域已实现商业化应用。便携式平板显示设备由于采用移动电源对屏幕的功耗有较高要求，目前通过降低TFT背板的功耗来延长便携式平板显示设备的续航时间是有效的解决方案之一。与普通IGZO TFT相比，肖特基IGZO TFT具有低饱和电压，高本征增益，良好的环境稳定性，显著减弱的短沟道效应以及能够实现低功耗等特征优势，近年来得到广泛研究和关注。为实现源漏电极与IGZO沟道层间形成肖特基接触，过往研究一般是对电极和IGZO沟道层的界面进行氧等离子、反应溅射等处理，这增加了制备工艺的复杂度，有时还会导致器件电学特性的严重衰退。
为了解决该问题，广东省科学院半导体研究所（以下简称半导体所）新型显示团队联合华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室，采用铜/铝（Cu/Al）叠层金属作为IGZO TFT的源漏电极，通过退火工艺使Al电极与IGZO接触部分自发氧化生成一层极薄的氧化铝（AlOx）薄膜，从而在源漏电极面向沟道部分形成Cu/AlOx/IGZO肖特基异质结。一系列研究证明，基于Cu源漏电极和AlOx插层制备的IGZO TFT表现出典型的肖特基接触特性，证实了该肖特基异质结的存在（如图1所示）。
图1 基于Cu/Al叠层电极的IGZO TFT结构示意图及其电学性能
研究发现，通过改变沟道层的厚度可调控Cu/AlOx/IGZO肖特基异质结下的耗尽区与栅介质/半导体层界面的距离，从而实现该肖特基TFT电学特性的大幅调控（如图2所示）。IGZO沟道层厚度为10 nm时，器件表现出典型的肖特基势垒TFT特征；IGZO沟道层厚度为30nm时，器件的输出特性表现出类似欧姆接触TFT特征，器件表观场效应迁移率高达82.9 平方厘米/(伏·秒)。研究表明，Al/AlOx/IGZO异质结为欧姆接触结，具有显著小于Cu/AlOx/IGZO肖特基异质结的接触电阻，提高了电子注入IGZO沟道层的能力。该工作采用与显示工业相似的材料与工艺实现肖特基势垒IGZO TFT制备，对于促进肖特基势垒IGZO TFT的产业化应用具有借鉴意义。
图2 基于Cu/Al叠层源漏电极IGZO薄膜晶体管工作机理示意图
该研究工作得到了国家重点研发计划、省重点研发计划、中国博士后科学基金、及广东省科学院打造综合产业技术创新中心行动资金等项目资助，相关成果发表在期刊《IEEE Electron Device Letters》，省科学院半导体所为论文第一完成单位。
原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9881597
（省科学院半导体所/供稿）
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