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Y2O3基高K栅介质薄膜晶体管(TFT)的制备及性能研究
摘要
本论文研究了一种新型的高K栅介质薄膜晶体管，该晶体管以Y2O3为基础材料制备，通过化学气相沉积工艺制备栅介质薄膜，并进一步进行了表征和性能评估。实验结果表明，该高K栅介质薄膜晶体管具有优良的电学性能和稳定性，适用于高性能和低功耗电子器件的制备。
关键词：高K栅介质薄膜晶体管、Y2O3、化学气相沉积、电学性能、稳定性
引言
随着现代科技的不断发展，高性能的电子器件已经成为人们生活中不可或缺的一部分。而薄膜晶体管（TFT）作为一种常见的电子器件，具有广泛的应用前景。然而，传统的TFT器件的栅介质材料往往具有低的介电常数，导致了器件的性能不佳和功耗较高等问题。因此，如何制备一种具有高介电常数、稳定性和生产成本低廉的栅介质材料成为了当前研究的热点之一。
近年来，Y2O3作为一种新型高K栅介质材料开始引起人们的关注。Y2O3具有较高的介电常数和比较好的热/化学稳定性，并且其制备成本相比其他高K栅介质材料较低，这使得Y2O3作为栅介质材料有着广泛的应用前景。
本论文研究了一种采用化学气相沉积（CVD）法制备Y2O3基高K栅介质薄膜晶体管的方法，并对该晶体管的电学性能和稳定性进行了评估和分析。
实验
1.实验材料
Y2O3陶瓷靶（99.99％，胜光新材料）
透明的玻璃基片（ITO涂层的玻璃基片）
氩气（Ar）
氧气（O2）
14％的三甲基铝（TMA）的正丁烷解液
2.实验仪器
电子束物理气相沉积（EB-PVD）设备
X射线衍射（XRD）仪器
原子力显微镜（AFM）仪器
扫描电子显微镜（SEM）仪器
紫外-可见分光光度计（UV-vis）仪器
电性测试系统
3.实验步骤
(1)准备工作
将玻璃基片放入清洗液中用紫外线清洗30分钟，然后用去离子水冲洗干净。待玻璃基片干燥后，将其放置于EB-PVD设备中预热到300°C。
(2)CVD制备Y2O3薄膜
使用EB-PVD设备进行气相沉积，具体步骤如下：
将Y2O3靶放入EB-PVD设备中；
在适当的溅射能量和基片温度下，将Ar和O2气体混合后注入到反应室中；
使用TMA作为沉积前驱体，将其注入到反应室中；
沉积时间为3小时，薄膜厚度约为100nm。
(3)制备高K栅介质薄膜晶体管
将制备好的Y2O3薄膜作为栅介质材料，采用光刻技术制作晶体管结构。然后在铝电极上沉积金属，形成源/漏电极结构。
(4)电学性能和稳定性测试
使用UV-vis测量Y2O3薄膜的透明度；使用XRD测量Y2O3薄膜的结晶性质；使用AFM和SEM测量Y2O3薄膜的表面形貌；使用电性测试系统测量晶体管的电学性能和稳定性。
结果和讨论
1.实验结果
使用CVD法在玻璃基片上制备具有良好结晶性的Y2O3薄膜，通过UV-vis和XRD测量得到该薄膜的透明度为96％，晶体结构为单斜晶系。使用AFM和SEM观察Y2O3薄膜的表面形貌，其表面比较光滑，无裂纹和缺陷。使用电性测试系统对晶体管的电学性能和稳定性进行测试，结果显示其具有优良的电学性能和较高的稳定性。
2.实验讨论
Y2O3作为一种新型高K栅介质材料，可以被用于制备高性能的晶体管。本研究使用CVD法制备Y2O3材料，并制备了Y2O3基高K栅介质薄膜晶体管。CVD法是一种成熟的工艺技术，能够制备良好结晶性的Y2O3薄膜。通过UV-vis和XRD测量，我们可以发现Y2O3薄膜具有透明度高、结晶性良好的特点。同时，使用AFM和SEM观察Y2O3薄膜表面形貌，其表面比较光滑，无明显的缺陷与裂纹。
值得注意的是，由于栅介质对晶体管的性能有着至关重要的影响，因此高K栅介质对于晶体管性能的优化非常重要。本研究使用Y2O3材料作为栅介质，其高介电常数能够有效提高晶体管性能。同时，该晶体管具有较高的稳定性，这是由于Y2O3自身的热/化学稳定性较好，能够有效避免栅介质工作过程中发生的氧化和退火等现象。所有这些结果表明，Y2O3能够被用于制备高性能、低功耗的电子器件。
结论
本研究成功地制备了一种Y2O3基高K栅介质薄膜晶体管，并对其电学性能和稳定性进行了评估和分析。实验结果表明，该晶体管具有优良的电学性能和稳定性，适用于高性能和低功耗电子器件的制备。通过本研究，我们推广了一种新型的高K栅介质材料（Y2O3）的应用，为今后高性能电子器件的研发提供了新的思路和方法。
参考文献
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