激光处理对掺铽氧化铟薄膜和晶体管的影响

在最近发表在《纳米材料》上的一篇论文中，研究人员研究了激光处理对掺铽氧化铟（Tb：In₂O₃）薄膜和晶体管的影响。

　　他们的主要目标是探索不同的激光能量密度如何影响 Tb： In₂O₃ 薄膜的物理、光学和电学特性，并了解这些变化如何影响 Tb： In₂O₃ 基金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）的性能和稳定性。

　　这些晶体管在现代电子设备中是必不可少的，这使得这项研究对技术进步具有重要意义。

　　背景

　　铟镓氧化锌（IGZO）薄膜晶体管（TFT）因其高迁移率和透明度而被广泛用于显示技术。然而，IGZO-TFT在负偏置照明应力（NBIS）下稳定性较差，限制了其实际应用。

　　为了解决这个问题，研究人员研究了Tb：In₂O₃作为一种材料。Tb 是一种稀土元素，当掺杂到 In₂O₃ 中时，可以改变其性质。他们假设在激光处理过程中Tb³⁺离子的f-f跃迁和Tb⁴⁺离子的电荷转移（C-T）跃迁可以降低激光热效应的峰值并延长作用时间，从而有可能提高材料和器件的性能。

　　研究概况

　　研究人员专注于研究结核掺杂和激光治疗对In₂O₃薄膜和MOTFT的影响。使用一种称为旋涂的简单、低成本方法制备了 Tb 掺杂的 In₂O₃ 薄膜。使用波长为 248 nm 的氟化氪（KrF）准分子激光器在不同的激光能量密度下进行后处理。

　　选择该激光系统是基于激光处理过程中Tb³⁺离子的f-f跳跃和Tb⁴⁺离子的C-T跳跃可以降低激光热效应的峰值并延长作用时间的前提，从而增强材料的性能和器件性能。

　　采用了各种表征技术，包括X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）、紫外-可见光谱和霍尔效应测量。研究人员制造了Tb：In₂O₃-TFT，并测量了它们的电学特性，如电流-电压特性、开关电流比和偏置应力稳定性。然后将这些特性与使用相同方法制备的纯 In₂O₃-TFT 和 IGZO-TFT 的特性进行比较。

　　研究成果

　　该研究表明，激光治疗显着影响了 Tb：In₂O₃ 薄膜和设备。随着激光能量密度的增加，薄膜密度增加，薄膜厚度减小，载流子浓度升高，光带隙扩大。这些变化表明，激光处理诱导了 Tb：In₂O₃ 薄膜的结构和成分改变，例如晶粒生长、氧解吸和 Tb 价态。

　　XPS分析证实了薄膜中同时存在Tb³⁺和Tb⁴⁺离子，Tb³⁺/Tb⁴⁺比值随着激光能量密度的增加而增加。Tb³⁺/Tb⁴⁺离子分别作为浅层供体和深层受体，增强了载流子的浓度和迁移率。

　　即使经过高达250 mJ/cm²的激光能量密度处理，Tb₂O₃薄膜也没有表现出明显的结晶。这归因于铽的低电负性（1.1 eV）和高Tb-O解离能（707 kJ / mol），这导致了较大的晶格畸变并阻碍了材料的结晶。

　　激光处理提高了 Tb： In₂O₃-TFT 的性能和稳定性。与纯 In₂O₃-TFT 相比，Tb： In₂O₃-TFT 表现出更低的关断状态电流、更高的开关电流比和更好的偏置应力稳定性。

　　研究人员还发现，与IGZO-TFT相比，Tb：In₂O₃-TFT具有优异的NBIS稳定性和相当的正偏置照明应力（PBIS）稳定性。这些进步归因于结核掺杂和激光诱导的缺陷，这些缺陷降低了陷阱密度并改善了载流子传输。

　　应用作者认为，Tb掺杂和激光处理是提高In₂O₃薄膜和MOTFT的性能和性能的有效方法。

　　Tb：In₂O₃-TFT 在需要高性能、透明和稳定的电子设备（如显示器、传感器和存储设备）的应用中显示出巨大的潜力。

　　此外，这些晶体管可以与其他功能材料和器件集成，例如有机发光二极管（OLED）、光电探测器和太阳能电池，以创建新型光电系统。

　　结论

　　研究表明，Tb 掺杂和激光处理诱导了 Tb： In₂O₃ 薄膜的有利结构和组成变化，改善了载流子浓度、迁移率和光学带隙。

　　结核病：与纯 In₂O₃-TFT 和 IGZO-TFT 相比，In₂O₃-TFT 表现出优异的电性能和稳定性，使其成为高性能、透明和稳定的电子设备和系统的有前途的候选者。