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Ultra-High Field-Effect Mobility Thin-Film Transistors With Metal–Organic Chemical Vapor Deposition Grown In2O3 Channel Treated by Oxygen Microwave Plasma
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资源说明：### 超高场效应迁移率薄膜晶体管：金属有机化学气相沉积生长的In2O3通道经氧气微波等离子体处理
#### 摘要与介绍
本研究聚焦于采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备的In2O3通道层薄膜晶体管（TFTs）。通过对In2O3通道进行氧气微波等离子体处理，研究获得了具有极高场效应迁移率（243 cm²/V·s）、10^7的开/关电流比以及在负偏压光照应力下表现出的高稳定性等高性能特性。未经过氧气微波等离子体处理的TFTs则未能展现出典型电气性能。此外，通过霍尔效应测量、X射线光电子能谱（XPS）和Kelvin探针力显微镜（KPFM）等手段探究了氧气微波等离子体处理的影响。结果表明，氧气微波等离子体处理导致了氧离子吸附至In2O3表面，并进一步导致了In2O3通道的耗尽。MOCVD生长的In2O3 TFTs因其超高的场效应迁移率，在下一代面板系统应用方面展现出巨大潜力。
#### 技术背景
传统上，非晶态铟镓锌氧化物（a-IGZO）由于其对可见光的高透明性、高迁移率及优异的均匀性，被广泛研究用于薄膜晶体管（TFTs），应用于下一代主动矩阵液晶显示屏（AMLCDs）和主动矩阵有机发光二极管显示屏（AMOLEDs）。目前，a-IGZO TFTs的迁移率已稳定达到10 cm²/V·s以上，但仍无法与低温多晶硅（LTPS）TFTs（50-100 cm²/V·s）竞争。此外，a-IGZO TFTs的迁移率不足以满足高性能显示设备的需求。
#### MOCVD技术概述
金属有机化学气相沉积（MOCVD）是一种用于半导体材料生长的技术，特别是对于III-V族和II-VI族化合物半导体的应用非常广泛。该技术利用含有金属元素的有机化合物作为源材料，在高温条件下分解并沉积在基板上形成薄膜。MOCVD的优点包括良好的薄膜质量、易于控制的成分比例以及能够实现大面积均匀薄膜的生长。In2O3是一种重要的半导体材料，由于其独特的物理性质，在透明导电膜、气体传感器和薄膜晶体管等领域有广泛的应用前景。
#### 氧气微波等离子体处理的作用机制
氧气微波等离子体处理是通过对In2O3薄膜进行特定条件下的氧气微波等离子体处理来改善其性能。这种处理方法可以显著改变In2O3表面的化学组成和结构特征。通过这种方式，可以使In2O3表面吸附更多的氧离子，从而导致In2O3通道层中的载流子浓度下降，进而提高迁移率。霍尔效应测量证实了载流子浓度的变化；XPS揭示了In2O3表面化学组成的改变；而KPFM则提供了表面势能变化的信息，这些都为理解氧气微波等离子体处理的效果提供了有力的证据。
#### 结论
本研究成功展示了通过MOCVD技术制备的In2O3 TFTs，并通过氧气微波等离子体处理实现了超高的场效应迁移率。这种技术突破不仅为开发高性能TFTs开辟了新的途径，而且也为未来显示技术和微电子器件的发展提供了强有力的支持。通过改进In2O3材料的性能，有望在不久的将来实现更高性能的显示技术，如更快速响应、更低功耗和更高分辨率的显示面板。此外，本研究还为其他高性能透明导电氧化物薄膜晶体管的设计和制造提供了有价值的参考。
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