Enquête sur le ZrO2 imprimé par jet d'encre direct par rapport au revêtement par centrifugation pour le transistor à couche mince IGZO à pulvérisation cathodique

Contexte

Les diélectriques à oxyde métallique sont récemment apparus comme des alternatives prometteuses au SiO₂ et SiN_x dans les transistors à couche mince (TFT) en raison de leurs propriétés supérieures, notamment une capacité élevée, de faibles états de défaut et une large bande interdite qui conduit à une mobilité élevée et à un faible courant de coupure [1,2,3]. Pour ces raisons, les diélectriques d'oxyde fabriqués par procédé sous vide sont largement étudiés dans les écrans, les réseaux de capteurs et les circuits de commande [4]. Pendant ce temps, le processus de solution a également reçu une attention remarquable en raison de l'avantage du faible coût pour la fabrication à grande échelle, y compris le revêtement par centrifugation, l'impression à jet d'encre, le revêtement par pulvérisation et le revêtement par fente [5, 6]. Parmi celles-ci, l'impression à jet d'encre direct est la méthode la plus prometteuse qui permet de réaliser des films à motifs sans photolithographie. Cependant, les dispositifs TFT fabriqués par le procédé d'impression à jet d'encre présentent des performances électriques inférieures à celles traitées sous vide. Les films d'oxyde métallique à impression directe par jet d'encre sont confrontés à de sérieux problèmes :(1) l'étalement incontrôlable du précurseur d'oxyde sur le substrat en raison de la différence d'énergie de surface du fluide et du substrat et (2) la compatibilité des diélectriques d'oxyde imprimés avec le semi-conducteur [7 ].

Le processus de formation de film du film diélectrique traité en solution a une influence significative sur la propriété électrique. La méthode de revêtement par centrifugation en tant que technique établie est largement utilisée dans les TFT traités en solution. La densité de courant de fuite du diélectrique d'oxyde revêtu par centrifugation est généralement inférieure à 10 ⁻⁶ A/cm ² à 1 MV/cm, et le champ électrique de claquage est supérieur à 2 MV/cm. La mobilité de saturation du TFT basé sur un diélectrique d'oxyde revêtu est d'environ 10 cm ² /Vs. Cependant, pour le diélectrique d'oxyde imprimé, la densité de courant de fuite est d'environ deux ordres de grandeur plus élevée que celle du film d'oxyde revêtu (>10 ^− 4 A/cm ² à 1 MV/cm) et la mobilité de saturation est inférieure à 5 cm ² /Vs. Peu de rapports ont comparé des films diélectriques imprimés à jet d'encre avec des films revêtus par centrifugation, en particulier sur le processus de formation du film. La densité, la rugosité de surface et l'homogénéité des films diélectriques sont les facteurs les plus importants liés aux performances électriques du TFT [8]. De plus, l'interface entre l'isolant de grille et le semi-conducteur joue également un rôle clé pour le processus de solution TFT [9]. Une étude approfondie sur les diélectriques d'oxyde imprimés par jet d'encre est d'une grande valeur pour mieux comprendre cette technique prometteuse.

Dans cet article, nous avons préparé du ZrO₂ de haute qualité films avec un aspect de surface favorable et d'excellentes performances électriques par la méthode de revêtement et d'impression et a étudié l'effet électrique appliqué dans l'oxyde de zinc gallium-indium (IGZO) pulvérisé [10, 11]. Le processus de formation du film des méthodes de revêtement par centrifugation et d'impression directe est comparé. La méthode de revêtement par centrifugation est dominée par la force centrifuge conduisant à une distribution uniforme mais dispersive des molécules, tandis que le processus d'impression à jet d'encre dépend de la dynamique des fluides. Selon les tests XPS et IV, ZrO₂ imprimé à jet d'encre film (doubles couches) avait moins de lacunes d'oxygène par rapport à celui revêtu par centrifugation. Augmentation des couches imprimées de ZrO₂ les films peuvent remplir les trous et les vides créés par l'écoulement instable du précurseur se répandant sur le substrat, contribuant à moins de défauts et à une uniformité supérieure. le ZrO₂ imprimé par jet d'encre direct le film pour IGZO pulvérisé a une densité de courant de fuite plus faible, une mobilité plus élevée, un rapport marche/arrêt plus important et un V plus grand _ème décalage sous contrainte de polarisation positive que le ZrO₂ spin-coated -TFT. La région riche en In formée au niveau du canal arrière du ZrO₂ imprimé à jet d'encre Le TFT est responsable d'une plus mauvaise stabilité, car les molécules d'eau et l'oxygène de l'air peuvent facilement être absorbés sous une contrainte de polarisation positive, consommant des électrons de la couche IGZO. Il révèle que la technique d'impression directe à jet d'encre est capable de fabriquer un diélectrique d'oxyde haute densité, mais le défaut d'interface doit être bien contrôlé pour éviter l'instabilité électrique.

Méthodes

Matériaux

Le ZrO₂ la solution a été synthétisée en dissolvant 0,6 M de ZrOCl₂ ·8H₂ O dans un mélange solvant de 10 ml de 2-méthoxyéthanol (2MOE) et d'éthylène glycol avec un rapport de 2:3 pour atteindre une certaine tension superficielle de précurseur. La solution a été agitée à 500 r/min à température ambiante pendant 2 h, suivi d'un vieillissement pendant au moins 1 jour. Pour le processus de traitement UV à l'ozone, une lampe UV de 100 W avec une longueur d'onde de 250  nm a été utilisée pour irradier le substrat d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) nettoyé par de l'alcool isopropylique et de l'eau déminéralisée. Par la suite, ZrO₂ les films ont été formés par revêtement par centrifugation ou par procédé d'impression directe à jet d'encre. Le processus de revêtement a été effectué à une vitesse de 5000 rpm pendant 45 s, tandis que l'espace de goutte et la température de la buse sont de 30 m et 30 °C pour le processus d'impression. ZrO₂ les films ont été recuits à 350°C sous atmosphère atmosphérique pendant 1 h. L'IGZO de 10 nm d'épaisseur a ensuite été cultivé par une méthode de pulvérisation cathodique pulsée à courant continu avec une pression de 1 mTorr (oxygène:argon  =5%) et modelé par un masque d'ombre. IGZO a été recuit à 300 °C pendant 1 h pour réduire le défaut du film. La largeur et la longueur du canal étaient de 550  μm et 450  μm ; ainsi, le rapport largeur/longueur était de 1,22. Enfin, des électrodes source/drain d'Al de 150 nm d'épaisseur ont été déposées par pulvérisation cathodique en courant continu à température ambiante.

Instruments

Des mesures de spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) ont été effectuées pour étudier la structure chimique dans les semi-conducteurs à oxyde réalisée par ESCALAB250Xi (Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) à une pression de base de 7,5 × 10 ⁻⁵ mTorr. Les images de microscopie électronique à transmission en coupe (MET) ont été mesurées par JEM-2100F (JEOL, Akishima, Tokyo, Japon) et les résultats du balayage cartographique du système différentiel électronique (EDS) ont été analysés par Bruker (Adlershof, Berlin, Allemagne) pour étudier la distribution des éléments. Dans l'obscurité et dans l'air à température ambiante, les courbes capacité-tension ont été mesurées par un appareil de mesure LCR de précision Agilent 4284A (HP, États-Unis). Pour mesurer les caractéristiques de transfert du TFT IGZO et les courbes de densité de courant de fuite, nous avons utilisé l'analyseur de paramètres à semi-conducteur de précision Agilent 4156C. Les caractéristiques de transfert ont été mesurées par une tension de grille allant de − 5 à 5 V avec une tension de drain de 5 V. Nous avons calculé la mobilité de l'effet de champ en utilisant la courbe de transfert mesurée et l'équation suivante :

où je_DS , C_i , μ, W, L, V_GS , et V_ème sont respectivement le courant de drain, la capacité du diélectrique de grille par unité de surface, la mobilité de saturation, la largeur de canal, la longueur de canal, la tension de grille et la tension de seuil. La constante diélectrique est calculée par l'équation comme suit :

où ε _r , C , d , ε ₀ , et S sont la constante diélectrique relative, la capacité du diélectrique de grille, l'épaisseur du diélectrique de grille, la constante diélectrique du vide et la surface de l'électrode, respectivement.

Résultat et discussion

Le processus de formation de film de la méthode d'impression à jet d'encre direct par rapport à la méthode de revêtement par centrifugation est proposé sur la figure 1. Au cours du processus de revêtement par centrifugation, les gouttelettes sont forcées de se répandre uniformément sur l'ensemble du substrat par la force centrifuge [12]. En conséquence, après le processus de recuit ZrO₂ les molécules sont bien réparties sur le substrat. Pendant ce temps, la majorité des ZrO₂ des molécules sont projetées pendant le processus de revêtement, des lacunes se produisent à l'intérieur du film. La densité des films fabriqués par le procédé de revêtement par centrifugation n'est pas pertinente pour les paramètres de revêtement pour certains précurseurs [13]. Pour le processus d'impression à jet d'encre, l'imprimante se déplace dans une direction particulière pour laisser des gouttelettes sur le substrat. Les gouttelettes fusionnent à l'équilibre du processus d'étalement et de rétrécissement qui est influencé par la gravité, la tension superficielle et la viscoélasticité du précurseur. Le processus de formation de film de l'impression à jet d'encre peut être bien contrôlé en optimisant les paramètres de traitement de l'espace des gouttelettes, de la vitesse du jet, de la composition de l'encre et de la température du substrat [14]. Le facteur le plus important est l'espace de chute défini par l'imprimante et le processus de post-traitement du substrat. Fichier supplémentaire 1 :la figure S1 montre des images de l'angle de contact du précurseur d'impression sur un substrat d'ITO avec différentes périodes de traitement UV et le microscope polarisant de ZrO₂ recuit cinéma. ZrO₂ Le film imprimé sur un substrat ITO avec une irradiation à l'ozone de 40 s possède la meilleure morphologie. De plus, la méthode d'impression multicouche est efficace pour réduire les trous dans le film en comblant les lacunes avec des gouttelettes supplémentaires directement imprimées sur le dessus de la première couche, conduisant à un film plus homogène avec une densité plus élevée et moins de défauts [15]. L'épaisseur des films imprimés à 1 couche et à 2 couches est respectivement de 45 nm et 60  nm (Fichier supplémentaire 1 :Figure S2). L'épaisseur du film n'est pas proportionnelle aux couches imprimées, ce qui explique que la méthode d'impression multiple n'est pas seulement un processus d'accumulation d'épaisseur [16]. En général, la qualité du ZrO₂ à impression directe les films peuvent être bien contrôlés par les paramètres de traitement. Dans notre expérience, nous préparons du ZrO₂ couché par centrifugation (SC), imprimé à jet d'encre direct 1 couche (DP1) et 2 couches (DP2) films et dispositifs IGZO-TFT basés sur ces films pour étudier la différence de morphologie de film et de propriété électrique à partir de différents processus de formation de film.

Processus de formation du film de a revêtement par centrifugation et b méthode d'impression directe à jet d'encre

La figure 2a–c montre le spectre O1s de ZrO₂ film préparé par différentes méthodes. Nous avons ajusté le pic d'oxygène 1s à une superposition de trois composants de pic. Les pics centrés à 529,8 ± 0,2 eV, 531,7 ± 0,2 eV et 532,1 ± 0,1 eV peuvent être attribués à des espèces de liaison métal-oxygène (V _M-O ), les lacunes en oxygène (V _O ), et les espèces faiblement liées (V _M-OU ), respectivement [17, 18]. Le V _M-O espèces du DP2-ZrO₂ le film est de 81,57 %, ce qui est beaucoup plus élevé que le SC-ZrO₂ et DP1-ZrO₂ . Le V _O l'espèce est également la plus faible pour DP2-ZrO₂ film. Ceci est cohérent avec les idées mentionnées ci-dessus :(1) le processus d'impression à jet d'encre direct peut obtenir du ZrO₂ film avec une densité plus élevée et moins de lacunes d'oxygène, et (2) un processus d'impression répété peut combler les trous et les pièges et réduire les lacunes à l'intérieur du film. La mesure AFM a été réalisée pour étudier la morphologie de surface du ZrO₂ imprimé film par rapport à celui du ZrO₂ spin-coated illustré dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S3. ZrO₂ revêtu par centrifugation présente la surface la plus lisse avec une rugosité de surface de 0,29  nm et une impression directe à 1 et 2 couches de ZrO₂ les films sont respectivement de 1,05 nm et 0,67 nm. ZrO₂ à impression directe le film possède une surface plus rugueuse en raison du flux incontrôlable de fluide pendant le processus de formation du film [19]. La diminution remarquable de la rugosité de surface résultant de l'impression d'une couche supplémentaire pour le ZrO₂ à impression directe Le film peut être attribué au fluide imprimé sur le substrat, ce dernier remplissant les trous de la couche initiale pour développer un film plus homogène. Les résultats XPS et AFM montrent que la méthode d'impression à jet d'encre a le potentiel de produire des films diélectriques de meilleure qualité et à moindre défaut par rapport à la méthode de revêtement par centrifugation, ainsi qu'une rugosité de surface approximative qui convient à la fabrication de TFT.

Spectre O1s de a CS, b Couche DP1 et c Couche DP2 ZrO₂ film

Des mesures de capacité-tension et de courant-tension ont été effectuées pour étudier les propriétés électriques du SC-ZrO₂ et DP-ZrO₂ film à l'aide d'un Al/ZrO₂ /Condensateur ITO (métal-isolant-métal) fabriqué sur substrat de verre. Nous éliminons l'influence apportée par l'épaisseur du film car ils ont une épaisseur approximative (respectivement 60 nm, 45 nm et 60 nm). Comme le montre la figure 3, DP1-ZrO₂ le film ne présente pratiquement aucune propriété isolante, causée par un grand nombre de lacunes dans le film qui servent de passage pour le courant de fuite. DP2-ZrO₂ le film présente la meilleure propriété isolante, en accord avec le résultat du spectre O 1s mentionné ci-dessus. En conséquence, la densité de courant de fuite de DP2-ZrO₂ le film est 2,4 × 10 ⁻⁵ A/cm ² à 1 MV/cm et la tension de claquage est supérieure à 2,5 MV/cm. Dans notre expérience, plus de couches imprimées sont similaires sur la rugosité de surface et montrent peu d'amélioration de la densité de courant de fuite par rapport au ZrO₂ imprimé à 2 couches. film. Au contraire, l'impression d'un trop grand nombre de couches peut facilement pousser la triple ligne (ligne de phase différente :gaz, liquide, solide) vers l'extérieur, induisant la distribution non uniforme de l'encre précurseur. La figure 4 montre la courbe capacité-tension du ZrO₂ revêtu par centrifugation et imprimé directement cinéma. La constante diélectrique relative pour ces trois échantillons est calculée à 19,2, 20,1 et 18,8, ce qui est proche de la valeur de référence (18). Pour ZrO₂ à la fois couché par rotation et imprimé à jet d'encre films, la densité de capacité augmente avec l'hystérésis de tension est observée dans les trois échantillons, et elle est la plus petite dans SC-ZrO₂ échantillon et le plus grand dans DP1-ZrO₂ film. L'hystérésis est liée à l'uniformité et à l'état défectueux du film diélectrique. Il confirme que l'homogénéité du revêtement ZrO₂ le film est le meilleur et plusieurs couches peuvent améliorer l'uniformité des films d'impression directe à jet d'encre [20, 21].

Densité de courant de fuite des couches SC, DP1 et DP2 ZrO₂ film

Densité de capacité de a CS, b Couche DP1 et (c ) DP2-couche ZrO₂ film

Pour approfondir l'étude de l'effet de ZrO₂ couche fabriquée de différentes manières sur les performances TFT et la stabilité de la polarisation de la grille, les résultats de la contrainte de polarisation de grille négative (NBS) et de la contrainte de polarisation de grille positive (PBS) de l'IGZO-TFT avec les deux SC-ZrO₂ et DP2-ZrO₂ sont présentées dans la Fig. 5. Les courbes caractéristiques de transfert sous NBS et PBS ont été mesurées en appliquant un biais positif (+ 5 V) ou négatif (− 5 V) pendant 1 h. Le DP2-ZrO₂ IGZO TFT montre de meilleures performances à l'état statique avec une mobilité de saturation (μ _samedi ) de 12,5 cm ² /V·s, Je _sur /Je _désactivé radio de 10 ⁶ , et V _ème de 0 V. Le SC-ZrO₂ IGZO TFT présente une mobilité approximative mais inférieure de 10,2 cm ² /V·s, pire I _sur /Je _désactivé radio de 2 × 10 ⁵ , et un courant à l'état bloqué plus élevé (I _désactivé ), principalement en raison d'une augmentation des fuites de canaux par une plus grande quantité de lacunes d'oxygène (V _O ) dans le film diélectrique. Le V _ème décalage de IGZO TFT avec les deux SC-ZrO₂ et DP2-ZrO₂ sous les mesures NBS est négligeable. Le V négatif _ème Le déplacement des TFT d'oxyde sous NBS est généralement causé par le piégeage des trous ou l'injection de charges puisque les lacunes d'oxygène ionisé peuvent migrer vers l'interface semi-conducteur/isolant sous le champ de polarisation de grille négative. Les résultats NBS indiquent que soit SC-ZrO₂ ou DP2-ZrO₂ le film a un contact favorable avec IGZO [22, 23]. Cependant, contrairement à SC-ZrO₂ IGZO TFT qui présente un V _ème décalage de 0,4 V après application du PBS pendant 1 h, le DP2-ZrO₂ IGZO TFT montre une grave dégénérescence des performances et un grand V _ème décalage de 1,2 µV sous test PBS. Les résultats de ZrO₂ -Les TFT IGZO sous test PBS sont résumés dans le tableau 1. Étant donné que le V _ème Le déplacement des TFT d'oxyde sous test PBS est généralement causé par la diffusion de molécules d'eau ou d'oxygène absorbées, nous pouvons supposer que le canal arrière de DP2-ZrO₂ IGZO TFT est plus sensible à l'environnement atmosphérique selon le test PBS [24, 25].

un NBS et b Résultats PBS de SC-ZrO₂ IGZO TFT. c NBS et d Résultats PBS de DP2-ZrO₂ IGZO TFT

Pour étudier la dégénérescence et V_th décalage sous test PBS pour ZrO₂ -IGZO TFT, les images de microscopie électronique à transmission (MET) en coupe transversale et le balayage linéaire EDS ont été mesurés pour analyser la distribution des éléments. À partir des images MET en coupe illustrées à la Fig. 6a et b , une structure de l'Al/IGZO/ZrO₂ étudiée dans cet article a été présentée. À partir des images TEM haute résolution de la région du canal pour les deux SC-ZrO₂ IGZO TFT et DP2-ZrO₂ IGZO TFT, une couche d'IGZO de près de 8 nm d'épaisseur peut évidemment être observée, ce qui peut être prouvé par la distribution de l'élément In (Ga, Zn) dans les résultats de balayage de ligne EDS. Pendant ce temps, pour les deux SC-ZrO₂ IGZO TFT et DP2-ZrO₂ IGZO TFT, le ZrO₂ couche présente une structure amorphe qui est bénéfique pour une faible densité de courant de fuite. Il est évident qu'à partir du résultat du balayage linéaire, l'élément Al se diffuse dans la couche IGZO, ce qui peut être causé par un impact pendant le processus de pulvérisation d'Al. De plus, le rapport de l'élément Zr et O est d'environ 1:2, ce qui démontre que le ZrO₂ pur a été formé après le processus de recuit. Une distribution uniforme des éléments In, Ga, Zn et Zr est également obtenue dans la couche IGZO pour SC-ZrO₂ IGZO TFT, indiquant une structure homogène de ZrO₂ et le film IGZO a été établi pendant la pulvérisation cathodique et le processus de post-recuit [19]. Mais pour DP2-ZrO2 IGZO TFT, In, Ga, Zn, O et Zr sont en distribution irrégulière. À partir de la figure 6 (b), nous pouvons voir que l'élément Zr et l'élément O sont concentrés à l'interface de la couche diélectrique et active. Et cela a totalement coïncidé avec l'analyse du processus de formation de film de la méthode d'impression multicouche. Lors du processus d'impression multiple, le précurseur imprimé en dernier sur le substrat remplit en partie les lacunes, et la majorité des gouttelettes s'accumulent au sommet [26]. De plus, la ségrégation des éléments In et Zn au niveau du canal arrière de la couche IGZO est observée dans la couche IGZO de ZrO₂ imprimé -TFT. Étant donné que la proportion de l'élément Zn est minimale dans notre expérience, les performances électriques de l'IGZO TFT sont déterminées par l'élément In et Ga. La formation d'une région riche en In à l'interface Al/IGZO peut être conclue comme suit :lors du processus de recuit de la couche IGZO qui vise à éliminer l'état de défaut de l'IGZO, il y a eu une redistribution de chaque élément. Les atomes O ont été "retirés" des éléments In et Zn car ils ont une énergie de dissociation de la liaison oxygène inférieure à celle de l'élément Zr, les éloignant de l'interface diélectrique/semi-conducteur. La substance élémentaire des éléments In et Zn étant instable, ils se sont recombinés avec l'oxygène absorbé au niveau du canal arrière, ce qui peut être prouvé par le balayage EDS [27,28,29]. La région riche en In avec des molécules d'eau absorbées et de l'oxygène est la raison d'un grand V _ème décalage sous test PBS.

un Image TEM et balayage en ligne EDS du SC-ZrO₂ IGZO TFT. b Image TEM et balayage en ligne EDS de DP2-ZrO₂ IGZO TFT

Afin de décrire conceptuellement le mécanisme de la performance dégénérée et V _ème décalage sous contrainte de polarisation positive pour IGZO TFT, diagrammes de bandes schématiques de TFT pour ZrO₂ spin-coated et ZrO₂ imprimé à jet d'encre sont illustrés à la Fig. 7. DP2-ZrO₂ TFT peut accumuler plus de porteuses que SC-ZrO₂ TFT à l'état statique en raison d'une meilleure propriété isolante, mais sous contrainte de polarisation positive, la plupart des porteurs sont épuisés par des molécules de type accepteur comme l'eau et l'oxygène dans l'atmosphère. En général, l'hydrogène, l'oxygène et H₂ Les molécules d'O s'intégreront dans le film mince IGZO en raison de la diffusion dans le canal arrière. Ensuite, l'hydrogène réagira avec l'oxygène et générera des liaisons oxygène-hydroxyde et consommera des électrons, ce qui entraînera une dégradation des performances sous une contrainte de polarisation positive. Pendant ce temps, l'O₂ adsorbé et H₂ Les molécules O agissent comme un piège de type accepteur qui peut capturer les électrons de la bande de conduction, conduisant au V positif _ème décalage après PBS [30]. Les performances dégénérées et V _ème décalage sont instables et il peut récupérer après des heures sous une atmosphère ambiante. En raison des différentes énergies de dissociation des liaisons oxygène du Zr-Oxide (756 kJ/mol), du Ga-Oxide (364 kJ/mol), du In-Oxide (336 kJ/mol) et du Zn-Oxide (240 kJ/mol) [31 ], les atomes O sont plus susceptibles de se combiner avec l'élément Zr en raison des grandes énergies de dissociation des liaisons oxygène. Les éléments In et Zn repoussés de ZrO₂ L'interface /IGZO avec le canal arrière absorbe l'oxygène dans l'environnement. Pour IGZO TFT utilisant le ZrO₂ imprimé à jet d'encre direct comme isolant de grille, de grandes quantités d'hydrogène, d'oxygène et de H₂ Les molécules O « consomment » les électrons lors de l'application d'une contrainte de polarisation positive, entraînant une dégénérescence des performances du dispositif. Les procédés comprenant l'introduction d'une couche de passivation dans la partie supérieure de l'électrode de source/drain pour la structure de grille inférieure, utilisant la structure de grille supérieure, et l'introduction d'une couche de modification d'interface entre la couche diélectrique et la couche semi-conductrice sont des moyens efficaces d'améliorer le PBS pour un dispositif TFT traité en solution, ce qui est intéressant et sera réalisé dans nos recherches futures.

Diagrammes de bandes SC-ZrO₂ TFT et DP2-ZrO₂ TFT sous stress de biais positif

Conclusion

En conclusion, nous avons fabriqué un ZrO₂ imprimé à jet d'encre direct de haute qualité Isolateur de grille utilisant une méthode d'impression multicouche sans technologie de motif supplémentaire, qui convient au processus de fabrication d'impression de grande taille. Le processus de formation du film démontre que ZrO₂ le film fabriqué par un procédé d'impression à jet d'encre direct obtient une structure plus dense par rapport au procédé de revêtement par centrifugation, mais l'homogénéité est pire en raison du flux de fluide incontrôlable de l'encre précurseur. Les résultats XPS indiquent un ZrO₂ imprimé à 2 couches le film possède le pourcentage le plus élevé d'espèces M-O-M (V _M-O ) et les plus faibles lacunes en oxygène (V _O ), se traduisant par une faible densité de courant de fuite. Courbe capacité-tension de DP2-ZrO₂ le film montre une légère hystérésis, qui est similaire avec SC-ZrO₂ . En conséquence, DP2-ZrO₂ le film présente une densité de courant de fuite relativement faible de 2,4 × 10 ⁻⁵ A/cm ² à 1 MV/cm et une tension de claquage supérieure à 2 MV/cm; Appareil TFT basé sur DP2-ZrO₂ présentait une mobilité de saturation de 12,4 cm ² /Vs, un I _sur /Je _désactivé rapport de 10 ⁶ , une tension d'activation de 0  V et un V de 1,2 V _ème décalage après 1 h de test PBS. La ségrégation de l'élément In au niveau du canal arrière de la couche IGZO observée dans l'image TEM et le balayage EDS peut être responsable d'un V_th plus grand décalage pendant le test PBS en raison de l'O₂ adsorbé et H₂ Molécules O qui agissent comme un piège de type accepteur pouvant capturer les électrons de la bande de conduction. Cet article présente les avantages de la technologie d'impression à jet d'encre direct et étudie la propriété diélectrique de l'isolant d'oxyde traité en solution utilisé dans le dispositif TFT d'oxyde. Il démontre que DP2-ZrO₂ a une structure plus dense avec moins de lacunes d'oxygène, mais une faible stabilité sous PBS causée par la diffusion des éléments. Il est prometteur pour la technologie d'impression à jet d'encre directe à appliquer dans la production de masse en raison de son faible coût et de ses hautes performances après avoir amélioré sa stabilité.

Abréviations

2MOE :

Méthoxyéthanol (solvant)

AFM :

Microscope à force atomique

Al :

Aluminium

DP1/2 :

1/2 couche en impression directe

EDS :

Système différentiel électronique

H₂ O :

Molécule d'eau

IGZO :

Oxyde d'indium gallium zinc (oxyde semi-conducteur)

ITO :

Oxyde d'indium-étain (électrode)

O 1s :

Oxyde 1s orbitale atomique

O₂ :

Molécule d'oxygène

PBS/NBS :

Contrainte de biais positive/négative (mode test)

SC :

Revêtement par rotation

SiN_x :

Nitrure de silicium (diélectrique)

SiO₂ :

Dioxyde de silicium (diélectrique)

TEM :

Microscope électronique à transmission

TFT :

Transistor à couche mince

UV :

Ultraviolet

V _M-O :

Pourcentage de liaison métal-oxyde

V _M-OU :

Pourcentage de liaison métal-organique

V _O :

Pourcentage de caution de vacance d'oxyde

V _ème :

Tension de seuil

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

ZrO₂ :

Zircone (oxyde diélectrique)

ZrOCl₂ ·8H₂ O :

Oxychlorure de zirconium octahydraté (matériau)