原子层沉积顺序对铟锌锡氧化物薄膜成分的调控机制及其薄膜晶体管性能优化研究

为突破多组分氧化物半导体成分精准调控难题，研究人员通过原子层沉积(ALD)技术探究In2 O3 /ZnO/SnO2 沉积顺序对IZTO薄膜成分的影响，发现SnO2 -In2 O3 -ZnO序列可避免ZnO沉积抑制现象，并成功构建双通道IZTO-TFT器件，实现迁移率与稳定性的协同提升，为下一代显示技术提供新材料解决方案。

　　

随着显示技术向大尺寸、高分辨率、高刷新率方向演进，传统非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(TFT)的性能瓶颈日益凸显。尽管IGZO凭借较高的电子迁移率(约10 cm2/V·s)成为当前主流半导体材料，但其难以满足8K/120Hz等高端显示需求。铟锌锡氧化物(IZTO)因In3?和Sn??的5s轨道交叠可形成宽电子传输路径，理论迁移率超30 cm2/V·s，被视为极具潜力的替代材料。然而，IZTO存在成分控制精度低、器件稳定性差等挑战，而传统溅射法难以实现原子级成分调控。为此，韩国科学技术院的研究团队创新性地采用原子层沉积(ALD)技术，系统研究了沉积顺序对IZTO薄膜特性的影响机制，相关成果发表于《Thin Solid Films》。

研究团队首先利用新型前驱体——四氢呋喃三甲基铟(C₇
H₁₇
InO)和二甲基氨基二甲基锡[(C₃
H₉
N)₂
Sn]，在170°C下实现了In₂
O₃
(0.9 ?/cycle)、ZnO(2.2 ?/cycle)和SnO₂
(0.55 ?/cycle)的低温ALD沉积。通过X射线光电子能谱(XPS)证实薄膜近乎化学计量比且无碳残留。关键创新在于发现沉积顺序对成分的显著影响：当ZnO紧随SnO₂
沉积时，ZnO生长受到明显抑制，而采用SnO₂
-In₂
O₃
-ZnO序列则可获得理想组分比例。

在【Expermental】部分，研究人员通过调控In₂
O₃
/ZnO/SnO₂
亚循环次数比（固定In₂
O₃
为1个循环，调整ZnO/SnO₂
循环比），制备出具有不同电学特性的IZTO薄膜。霍尔效应测试显示，高Sn含量样品呈现高载流子浓度(>10¹⁹
cm^-3
)，而高Zn含量样品则表现出更好的偏压稳定性。

【Results and discussion】揭示：1) 双通道TFT设计中，将高迁移率(42.7 cm2/V·s)的富Sn层作为下沟道可提升开态电流，而富Zn上沟道能有效抑制关态电流至10^-12
A量级；2) 优化沟道厚度比(下沟道占总厚度70%)时，器件同时实现高开关比(>10⁸
)和低亚阈值摆幅(0.25 V/decade)。透射电镜(TEM)证实双IZTO层间无界面缺陷，这得益于ALD的连续沉积优势。

【Conclusions】指出：该研究不仅为多组分氧化物ALD提供了新型前驱体选择，更通过序列优化解决了组分偏离难题。所提出的双沟道设计策略，通过能带工程实现了器件性能的"取长补短"，为柔性显示和透明电子器件发展提供了新思路。值得关注的是，ALD工艺的温度兼容性使其可直接应用于塑料基板，这对未来可穿戴设备开发具有重要意义。