氮改性增强SnO2薄膜晶体管性能及其在低成本显示应用中的潜力

本文系统研究了氮（N）掺杂对SnO2薄膜结构、电学性能及其薄膜晶体管（TFT）性能的调控作用。通过实验与理论计算相结合，发现适量氮掺杂可有效抑制氧空位、降低载流子浓度、改善界面质量，使SnON TFT的迁移率提升十倍（达3.12 cm2/Vs），并优化阈值电压和亚阈值摆幅。该研究为低成本、高性能透明显示器件提供了新材料策略。

　　

Highlight

适量氮改性可显著优化SnO₂薄膜的缺陷结构与电学性能，为高性能透明薄膜晶体管（TFT）的开发提供新思路。

结果与讨论

为探究氮掺杂对薄膜结晶性的影响，我们通过掠入射X射线衍射（GIXRD）对比分析了未掺杂与氮掺杂SnO₂薄膜的晶体结构。如图2(a)所示，所有样品均显示出与四方相SnO₂（JCPDS#41–1445）对应的（110）、（101）和（211）晶面衍射峰。值得注意的是，仅能明显识别出SnO₂的三个强峰，表明薄膜在现有沉积条件下的结晶度受限。

结论

我们通过氮改性策略成功制备出具有适宜载流子浓度、平滑表面形貌、低缺陷密度和高可见光透射率（≥85%）的SnO₂基薄膜，并显著提升了薄膜晶体管（TFT）的性能。适量（6%）氮掺杂不仅能抑制氧空位形成，还可优化表面质量，而过量氮掺杂则产生负面影响。氧空位的减少源于氮对氧缺位的钝化作用，进而降低载流子浓度，改善活性层与栅绝缘层之间的界面特性，最终实现TFT迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压的协同优化。