低浓度铝掺杂原子层沉积技术有效抑制SnOx薄膜漏电流的机制与性能优化研究

本研究针对SnO2薄膜因高载流子浓度导致的漏电流与阈值电压漂移问题，通过原子层沉积（ALD）技术引入低浓度Al掺杂，显著降低氧空位浓度，将漏电流从10-8 A降至10-10 A，并实现2.87 cm2/V·s的迁移率与106开关比。该工作为高性能薄膜晶体管（TFT）的可靠性提升提供了可规模化解决方案。

　　

在透明电子器件领域，氧化锡（SnO₂）因其宽禁带、高导电性被视为铟基材料的理想替代品，但其固有高载流子浓度导致器件存在漏电流（I_off）、阈值电压（V_th）漂移等可靠性问题。韩国国立研究基金会支持的研究团队通过原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）技术，创新性地采用2%铝（Al）掺杂策略，成功将SnO_x薄膜的漏电流降低两个数量级，相关成果发表于《Optical Materials》。

研究采用ALD沉积Al掺杂SnO_x薄膜，结合600°C氧气氛退火工艺，通过X射线光电子能谱（XPS）分析氧空位变化，并利用Tauc曲线计算光学带隙。关键实验样本为p型Si(100)衬底上生长的100 nm SiO₂/Si结构。

Deposition of Al-doped SnO_x thin films
通过TDMASn和TMA前驱体实现Al的周期性掺杂，ALD工艺确保掺杂均匀性。

Characteristics of Al-doped SnO_x thin films
XPS证实2% Al掺杂使氧空位浓度降低47%，Tauc曲线显示带隙从3.65 eV增至3.78 eV，载流子浓度调控至10¹⁷ cm^-3量级。

Conclusions
低浓度（1-2%）Al掺杂通过抑制氧空位（V_O）显著改善SnO_x电学性能，阈值电压趋近0 V，器件寿命提升3倍。该研究为无铟氧化物半导体在柔性电子和透明电路中的应用奠定基础。

研究创新性在于：首次阐明Al³⁺对SnO_x中V_O的定点修复机制，通过ALD实现原子级精度掺杂控制，为大规模制备高稳定性TFT提供新范式。韩国团队提出的"掺杂-退火协同优化"策略，可扩展至其他金属氧化物半导体体系。