氧化物隨即存儲器因其較長的保持時間和有利于三維堆疊的優(yōu)點,成為國際學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注點,其中In₂O₃-基薄膜晶體管由于其高遷移率而備受關(guān)注。In₂O₃中氧的不穩(wěn)定性直接影響到器件的可靠性,為克服這一問題,傳統(tǒng)的Ga或Zn摻雜需要較高的摻雜濃度,在提升器件可靠性的同時減低了遷移率。因此,需要提出更新的氧化物半導(dǎo)體材料體系,突破In₂O₃-基薄膜晶體管的遷移率和可靠性制約問題。

針對這一問題,微電子所高頻高壓中心研究團隊提出了一種通過GeO₂和In₂O₃共濺射的方法,利用GeO₂主動消耗氧空位的機制,制備了Ge摻雜的InGeO薄膜晶體管。研究人員通過材料表征,對其進行了遷移率和可靠性測試,證明了該材料體系可以大大提升器件的可靠性,同時不過度損失In₂O₃的本征遷移率,在實驗上驗證了GeO₂對氧空位的消耗作用。通過自主搭建的“可變光電流法(VPM)”測試系統(tǒng),表征了Ge摻雜對In₂O₃深能級缺陷的調(diào)控。根據(jù)該機理,研究人員得到了突破遷移率、可靠性制約的InGeO薄膜晶體管。

該研究成果以題為“Ge-doped In₂O₃: First Demonstration of Utilizing Ge as Oxygen Vacancy Consumer to Break the Mobility/Reliability Tradeoff for High Performance Oxide TFTs”入選2024年VLSI會議,并做口頭報告。微電子所王嘉義助理研究員、白子恒助理研究員為共同第一作者,王盛凱研究員、李泠研究員為通訊作者。

(a) (b) Ge摻雜與傳統(tǒng)的摻雜調(diào)控In₂O₃-基薄膜晶體管性能的比較;

InGeO TFT的(c) 轉(zhuǎn)移特性曲線和(d) 正偏壓、(e) 負偏壓可靠性;

(f) 本研究與國內(nèi)外其它研究結(jié)果對比