[摘 " " " " " 要] "研究了采用陽極氧化法制備Ta2O5絕緣層，探索了Ta2O5絕緣層的氫熱處理對其頻率特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ta2O5絕緣層經(jīng)過氫熱處理后，其電容率變大，同時，以Ta2O5作為絕緣層，制備基于半導(dǎo)體材料poly（2-methoxy-5-（2’-ethyl-hexyloxy）-1，4-phenylene-vinylene）（MEH-PPV）場效應(yīng)晶體管器件，器件經(jīng)熱處理后，其場效應(yīng)遷移率從1.15×10-5cm2/Vs提高到了2.35×10-4cm2/Vs，這是熱處理改善Ta2O5絕緣層和MEH-PPV半導(dǎo)體層之間接觸的結(jié)果。

[關(guān) " "鍵 " 詞] "有機場效應(yīng)晶體管;陽極氧化Ta2O5絕緣層;熱處理

[中圖分類號] "TN321.5 " " " " [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] " A "[文章編號] "2096-0603（2015）16-0030-02

有機薄膜晶體管（OFETs）引起人們的廣泛關(guān)注，主要源于它在柔性、大面積以及低成本的電子器件上的潛在應(yīng)用。研究者在源、漏電極與有機半導(dǎo)體之間加入一層緩沖層材料用于改善載流子的注入，提高器件的遷移率，這樣成本高，OFETs的絕緣層是影響閾值電壓等性能的一個關(guān)鍵因素。常用OFET的SiO2絕緣層材料電介質(zhì)常數(shù)低（k≈3.9），電容率較低，從而導(dǎo)致低點飽和電流和差的場效應(yīng)遷移率。因此，選用高電介質(zhì)常數(shù)（k）絕緣材料可以有效地降低OTFTs的閾值電壓，改善器件的性能。Ta2O5由于其介電常數(shù)較高（20～35），因其良好絕緣性能被廣泛關(guān)注。本文研究了采用陽極氧化法制備Ta2O5絕緣層，探索了Ta2O5絕緣層的氫熱處理對其金屬-絕緣層-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)漏電流和頻率特性影響，同時，用它制備的基于半導(dǎo)體材料（MEH-PPV）OFET器件，制備OFET器件的場效應(yīng)遷移率從1.15×10-5cm2/Vs提高到了2.35×10-4 cm2/Vs，分析了器件性能改善的原因。

一、實驗

采用陽極氧化的方法來制備Ta2O5絕緣層。首先，用一層450nm后的Ta薄膜作為柵極，再將其進(jìn)行陽極氧化。陽極氧化在0.01M的檸檬酸溶液中進(jìn)行。利用Keithley2400作為陽極氧化的電流電壓源，一個恒定的電流（0.2A/cm2）加在Al薄膜樣品上，Ta薄膜表面被慢慢氧化成Ta2O5，氧化過程2小時，這時Ta薄膜表面以下一定厚度的Ta氧化成150nm厚度的Ta2O5，其厚度與所加電壓成正比，約為2nm/V。然后將Ta2O5薄膜基片放入真空室，在氫氣的氣氛下，加熱350℃，恒定10min，馬上退火處理。在Ta2O5絕緣層直接鍍上金電極制備了金屬-絕緣層-金屬（MIM）器件;測試MIM器件的頻率特性，將MEH-PP有機半導(dǎo)體材料甩膜在陽極氧化Ta2O5絕緣層上作為有機場效應(yīng)晶體管的有源層，并在MEH-PPV上再鍍上金電極制備了有機場效應(yīng)晶體管（OFET）源、漏電極，金電極的寬長比為100。最后測試并分別比較了經(jīng)過和未經(jīng)Ta2O5絕緣層熱處理這兩種器件的電學(xué)性能。器件的電學(xué)特性由半導(dǎo)體參數(shù)測試儀（Agilent 4155C）測試。

二、結(jié)果與分析

圖2 Ta2O5膜未經(jīng)氫熱處理和經(jīng)過熱處理的OFETs的IDS1/2對應(yīng)于VGS的曲線圖（VDS=10V）

圖1分別出示了Ta2O5的MIM結(jié)構(gòu)的電容-頻率特性，從圖1中可以看出電容大小在110k～110kHz頻率的范圍內(nèi)基本保持平穩(wěn)，從110kHz開始急劇下降，Ta2O5經(jīng)過熱處理后，其MIM的電容率有所提高，達(dá)到50nF。

OFETs的遷移率通過飽和區(qū)的電流公式來計算：

式中W和L分別代表器件溝道的寬度和長度，Ci是柵絕緣介質(zhì)層的單位面積電容，μ是場效應(yīng)遷移率，VT是閾值電壓。經(jīng)圖2的數(shù)據(jù)處理得到：Ta2O5未經(jīng)氫熱處理時，MEH-PPV的場效應(yīng)遷移率為1.15×10-5cm2/Vs，而經(jīng)過氫熱處理的為2.35×10-4cm2/Vs，可知Ta2O5絕緣層經(jīng)過氫熱處理后，其OTFT的飽和區(qū)的場效應(yīng)遷移率高了近20倍。這說明Ta2O5絕緣層和MEH-PPV半導(dǎo)體層之間的接觸得到改善。分析認(rèn)為這是由于在氫熱處理過程中Ta2O5絕緣體內(nèi)部的原子部分發(fā)生了重構(gòu)現(xiàn)象，大大減小了Ta2O5絕緣體表面的缺陷密度，同時氫飽和了Ta2O5絕緣體表面以及體內(nèi)部分懸掛鍵造成的。

三、結(jié)論

研究了熱處理對陽極氧化的Ta2O5的絕緣性能的影響。Ta2O5經(jīng)過熱處理后，其MIM結(jié)構(gòu)的電容率有所增大，這就導(dǎo)致了經(jīng)熱處理的Ta2O5膜的OFET器件的遷移率比沒有經(jīng)過熱處理的Ta2O5膜的OFET器件提高了近20倍，閾值電降低。熱處理過程的Ta2O5絕緣體內(nèi)部的缺陷和位錯密度大大減小，從而使Ta2O5的絕緣性能得到了很大的改善。

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