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稀土掺杂SnO2薄膜制备及晶体管应用

二氧化锡，稀土元素，薄膜晶体管

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目前，无铟氧化物薄膜及其晶体管器件的研制成为人们关注的内容之一。Sn4+导带由5s轨道构成，具有较大的空间重叠性，电子有效质量小，即使材料在非晶状态下也能获得可观的迁移率，像ZnSnO、GaSnO以及SiSnO等高性能氧化物材料体系的开发为显示领域背板技术的发展注入了新的活力。因此，SnO2半导体是一种重要的非晶氧化物半导体薄膜晶体管的候选材料，我们实验室在SnO2材料及器件的研制方面开展了系列工作。稀土有工业“黄金”之称，能应用于激光、超导等高端技术领域，在SnO2基TFT器件掺杂和电学性能方面的报道还比较少。另外，稀土元素不易变价的特性在一定程度上避免了其它杂质相对薄膜的污染。因此，我们选择稀土作为掺杂剂，研究了它们对SnO2半导体薄膜性质的影响，包括表面形貌、晶体结构、电学性质和光学性质。然后，我们将研究得到的薄膜应用于TFT器件的制备，获得了良好的器件性能。
本工作中，我们选择重稀土作为掺杂源，研制SnXO薄膜（X= Er，Tm）。表征结果表明，稀土掺杂在SnO2薄膜里面引入了更多的非晶相，同时薄膜的禁带宽度也得到了有效的拓宽（>3.8 eV）。另外，由于X-O键的结合能高于Sn-O键，稀土掺杂有效地抑制了氧空位施主的产生，这有助于改善TFT器件的电学性能。稀土掺杂还降低了SnO2薄膜表面的粗糙度，有利于TFT电学性能的提高。我们尝试研制了SnXO薄膜晶体管器件，获得了良好的器件性能。本研究工作对稀土掺杂SnO2基薄膜晶体管的开发具有一定的参考意义。