Al2O3钝化层调控与AZTO薄膜晶体管性能优化研究

《Journal of Materials Chemistry C》：Effect of Al2O3 passivation layer and optimization of atomic-layer-deposited Zn–Sn–O and Al–Zn–Sn–O thin-film transistors

本研究针对氧化铝钝化层引起的氢渗透和氧缺失问题，通过优化原子层沉积工艺开发了稳定性显著的Al-Zn-Sn-O薄膜晶体管。研究发现Al-O键可抑制通道氧损失，结合后退火工艺使器件在正负偏压测试中阈值电压漂移低于0.11V，为高性能氧化物半导体器件提供关键技术路径。

　　

这项研究像一场精密的"通道保卫战"，科学家们通过给锌锡氧化物（a-ZTO）薄膜晶体管披上氧化铝（Al₂O₃）"防护甲"时发现，未经优化的钝化层会像特洛伊木马般引入氢元素，导致阈值电压（V_th）严重负漂（-6.53V）。优化后的防护层虽然阻挡了氢入侵，却引发通道"缺氧"，仍造成-3.89V的电压漂移。有趣的是，含铝的a-AZTO晶体管中，Al-O键如同分子卫士般锁住氧元素，将电压漂移压制在-0.4V到-0.29V的微小范围。但铝元素从钝化层向通道的扩散增加了电阻，导致饱和迁移率（μ_sat）下降，而渗入氧化铪（HfO₂）栅介质的氢还在正偏压测试中引发异常"驼峰"。通过巧妙的退火工艺和更换栅介质，研究团队最终打造出性能稳定的超级晶体管：阈值电压仅0.16V，迁移率达9.11 cm²/V·s，在千秒偏压测试中电压漂移堪比心跳波动（负偏压-0.054V，正偏压0.11V），为柔性电子器件提供了教科书级的稳定性解决方案。