基于太赫兹时域光谱技术的InGaZnO薄膜复电导率表征及其在半导体材料性能无损检测中的应用

本文推荐：本研究创新性地采用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术，实现了对InGaZnO（IGZO）薄膜复电导率的无损光学测量。通过对比不同厚度（500-700 nm）和氧分压（PO2 0-10%）条件下IGZO薄膜的电学与光学特性，揭示了载流子浓度与氧空位（VO）对导电性能的调控机制，为显示器件和堆叠存储器开发提供了关键表征手段。

　　

Highlight

本研究亮点在于首次将太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术应用于IGZO薄膜的本征电学特性检测。这种光子能量仅～meV级的非破坏性检测手段，成功规避了传统X射线/紫外光谱因激发额外载流子导致的测量偏差。

Preparation of IGZO films

采用射频（RF）溅射技术在石英基底上制备IGZO薄膜，工作压力保持667 mPa，通过调节Ar/O₂混合气体中氧分压（P_O2 0-10%）和薄膜厚度（500-700 nm）构建实验体系。XRD分析证实所有样品均呈现非晶态特征，SEM显示颗粒状表面形貌，这与溅射过程中的团聚效应密切相关。

Results and discussion

电学与太赫兹复电导率测量呈现高度一致性：薄膜厚度增加时，载流子总数上升导致两类电导率同步提升；而P_O2升高则通过减少氧空位（V_O）降低导电性。XPS谱图中O 1s峰位变化直接印证了氧化学态对导电行为的调控作用。

Conclusion

THz-TDS技术成功实现了IGZO薄膜本征电导率的光学标定，其测量结果与电学参数呈现显著相关性。该技术为显示器和堆叠存储器制造过程中的半导体性能无损监控提供了全新解决方案。