热退火对基于Ta2O5绝缘的场效应晶体管性能的影响

　　[摘要]采用阳极氧化法制备了Ta2O5绝缘层，并研究了氢热处理对Ta2O5绝缘层频率特性的影响。
　　果表明，Ta2O5绝缘层经过氢热处理后表现出较高的介电常数，而Ta2O5作为绝缘层是一种基于聚（2-甲氧基- 5-（2-乙基-己氧基）-1，4-亚苯基-亚乙烯基场效应晶体管器件（MEH-PPV）。件经过热处理后，通过场效应提高了迁移率从1.15×10-5cm2 / Vs到2.35×10-4cm2 / Vs。是一种改善Ta2O5绝缘层和MEH-PPV半导体层之间接触结果的热处理方法。机薄膜晶体管（OFET）引起了广泛的关注，这主要是因为它们在柔性，大面积，低成本电子设备中的潜在应用。究人员在源电极和漏电极与有机半导体之间添加了一层缓冲材料，以改善载流子的注入并提高器件的迁移率，因此成本很高，并且绝缘层OFET是影响阈值电压和其他属性的关键因素。素。用的OFET SiO 2绝缘层材料具有低介电常数（k≈3.9）和低介电常数，这导致低点饱和电流和低场效应迁移率。
　　此，选择具有高介电常数（k）的绝缘材料可以有效地降低OTFT的阈值电压并改善器件的性能。Ta2O5由于其高介电常数（20-35）而受到广泛影响。文研究了阳极氧化法制备Ta2O5绝缘层的过程，探讨了Ta2O5绝缘层的水热处理对其漏电流及其金属绝缘金属层结构的频率特性的影响（ MIM）。-PPV）OFET器件OFET器件的场效应迁移率从1.15×10-5 cm2 / Vs增加到2.35×10-4 cm2 / Vs。过分析。极氧化用于制备Ta 2 O 5绝缘层。先，将450 nm Ta膜用作门，然后进行阳极氧化。极氧化在0.01M柠檬酸溶液中进行，Keithley2400用作阳极氧化的电流和电压源，恒定电流（0.2A / cm2）施加于阳极氧化。
　　Al膜样品Ta膜表面缓慢氧化为Ta2O5。化过程花费了2个小时。

　　时，Ta的膜的厚度是一定的厚度。Ta被氧化为厚度为150nm的Ta 2 O 5，并且其厚度与所施加的电压成比例，大约为2nm / V。后，将Ta 2 O 5薄膜基板放置在真空室中，并进行加热。氢气气氛下于350°C放置10分钟，然后立即退火。过将金电极直接镀在Ta2O5绝缘层上来制备金属绝缘金属（MIM）器件；测试了MIM器件的频率特性，并在阳极氧化绝缘层Ta2O5上成膜了有机半导体材料MEH-PP，作为有机场效应晶体管。MEH-PPV上形成了有源层，将金电极镀在MEH-PPV上以制备有机场效应晶体管（OFET）源和漏电极。电极的纵横比为100。后，测试并比较了两种设备的电性能，并比较了是否经过Ta2O5绝缘层热处理。过半导体参数测试仪（Agilent 4155C）测试设备的电气特性。

　　1显示了Ta2O5的MIM结构的容量-频率特性。图1中可以看出，电容在110k〜110kHz的频率范围内基本稳定，并且从110kHz急剧下降。Ta2O5进行热处理后，其MIM介电常数增加到50 nF。中W和L分别代表器件沟道的宽度和长度，Ci是栅极介电层的每单位面积的电容，μ是场效应迁移率，VT是阈值电压。据图2中数据的处理，当未用氢气处理Ta2O5时，MEH-PPV的场效应迁移率是1.15×10-5 cm2 / Vs，电缆而在2.35×10-4 cm2 / V氢我们可以看到，Ta2O5绝缘层经过氢热处理后，其OTFT饱和区的场效应迁移率接近高20倍。

　　表明，绝缘层Ta2O5与半导体层MEH-PPV之间的接触得到改善。析表明，这是由于氢热处理过程中Ta2O5绝缘子内部原子部分的重组，从而显着降低了绝缘子表面缺陷的密度。Ta2O5，同时氢使Ta2O5绝缘体的表面和体内某些未决键饱和。究了热处理对阳极氧化Ta2O5绝缘性能的影响。过Ta2O5热处理后，其MIM结构的介电常数增加，这意味着Ta2O5热处理膜的OFET器件的迁移率几乎是未进行Ta2O5膜热处理的OFET器件的迁移率的20倍，并降低了电阈值。大减少了Ta2O5绝缘体内部热处理过程中的缺陷和位错密度，从而大大提高了Ta2O5的绝缘性能。
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