在最近发表在《纳米材料》上的一篇论文中,研究人员研究了激光处理对掺铽氧化铟(Tb:In₂O₃)薄膜和晶体管的影响。
他们的主要目标是探索不同的激光能量密度如何影响 Tb: In₂O₃ 薄膜的物理、光学和电学特性,并了解这些变化如何影响 Tb: In₂O₃ 基金属氧化物薄膜晶体管 (MOTFT) 的性能和稳定性。
这些晶体管在现代电子设备中是必不可少的,这使得这项研究对技术进步具有重要意义。
背景
铟镓氧化锌 (IGZO) 薄膜晶体管 (TFT) 因其高迁移率和透明度而被广泛用于显示技术。然而,IGZO-TFT在负偏置照明应力(NBIS)下稳定性较差,限制了其实际应用。
为了解决这个问题,研究人员研究了Tb:In₂O₃作为一种材料。Tb 是一种稀土元素,当掺杂到 In₂O₃ 中时,可以改变其性质。他们假设在激光处理过程中Tb³⁺离子的f-f跃迁和Tb⁴⁺离子的电荷转移(C-T)跃迁可以降低激光热效应的峰值并延长作用时间,从而有可能提高材料和器件的性能。
研究概况
研究人员专注于研究结核掺杂和激光治疗对In₂O₃薄膜和MOTFT的影响。使用一种称为旋涂的简单、低成本方法制备了 Tb 掺杂的 In₂O₃ 薄膜。使用波长为 248 nm 的氟化氪 (KrF) 准分子激光器在不同的激光能量密度下进行后处理。
选择该激光系统是基于激光处理过程中Tb³⁺离子的f-f跳跃和Tb⁴⁺离子的C-T跳跃可以降低激光热效应的峰值并延长作用时间的前提,从而增强材料的性能和器件性能。
采用了各种表征技术,包括X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光谱和霍尔效应测量。研究人员制造了Tb:In₂O₃-TFT,并测量了它们的电学特性,如电流-电压特性、开关电流比和偏置应力稳定性。然后将这些特性与使用相同方法制备的纯 In₂O₃-TFT 和 IGZO-TFT 的特性进行比较。
研究成果
该研究表明,激光治疗显着影响了 Tb:In₂O₃ 薄膜和设备。随着激光能量密度的增加,薄膜密度增加,薄膜厚度减小,载流子浓度升高,光带隙扩大。这些变化表明,激光处理诱导了 Tb:In₂O₃ 薄膜的结构和成分改变,例如晶粒生长、氧解吸和 Tb 价态。
XPS分析证实了薄膜中同时存在Tb³⁺和Tb⁴⁺离子,Tb³⁺/Tb⁴⁺比值随着激光能量密度的增加而增加。Tb³⁺/Tb⁴⁺离子分别作为浅层供体和深层受体,增强了载流子的浓度和迁移率。
即使经过高达250 mJ/cm²的激光能量密度处理,Tb₂O₃薄膜也没有表现出明显的结晶。这归因于铽的低电负性(1.1 eV)和高Tb-O解离能(707 kJ / mol),这导致了较大的晶格畸变并阻碍了材料的结晶。
激光处理提高了 Tb: In₂O₃-TFT 的性能和稳定性。 与纯 In₂O₃-TFT 相比,Tb: In₂O₃-TFT 表现出更低的关断状态电流、更高的开关电流比和更好的偏置应力稳定性。
研究人员还发现,与IGZO-TFT相比,Tb:In₂O₃-TFT具有优异的NBIS稳定性和相当的正偏置照明应力(PBIS)稳定性。这些进步归因于结核掺杂和激光诱导的缺陷,这些缺陷降低了陷阱密度并改善了载流子传输。
应用作者认为,Tb掺杂和激光处理是提高In₂O₃薄膜和MOTFT的性能和性能的有效方法。
Tb:In₂O₃-TFT 在需要高性能、透明和稳定的电子设备(如显示器、传感器和存储设备)的应用中显示出巨大的潜力。
此外,这些晶体管可以与其他功能材料和器件集成,例如有机发光二极管 (OLED)、光电探测器和太阳能电池,以创建新型光电系统。
结论
研究表明,Tb 掺杂和激光处理诱导了 Tb: In₂O₃ 薄膜的有利结构和组成变化,改善了载流子浓度、迁移率和光学带隙。
结核病:与纯 In₂O₃-TFT 和 IGZO-TFT 相比,In₂O₃-TFT 表现出优异的电性能和稳定性,使其成为高性能、透明和稳定的电子设备和系统的有前途的候选者。
对于未来的研究,研究人员建议优化Tb掺杂浓度和激光能量密度,以进一步提高Tb:In₂O₃-TFTs的性能。他们还建议研究Tb掺杂和激光处理对其他金属氧化物材料和器件的影响。
这项未来的工作可能会导致电子材料和器件的进一步进步,有可能扩大应用并提高各种光电系统的性能。