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Photopatternable gate insulator for oxide TFTs
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A photopatternable and solution-processable dielectric polymer, as the one provided by Solvay for this work, has physical properties that make it a unique candidate for gate dielectric in thin-film transistors (TFT), allowing to save time and reduce the complexity of the processes involved. To demonstrate that this material can be patterned using Ultra-Violet (UV) light and the exposed pattern can be developed in acetone, an opti-mization of the processing conditions was made in terms of the deposition conditions, curing and development steps. The polymer films were deposited by spin coating, followed by a baking at 90°C for 10 minutes and cured using a lightbulb with 365nm wavelength. The films were then characterized by profilometry, transmit-tance, atomic force microscopy (AFM), and scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS).
The polymer films were used in metal-insulator-metal (MIM) capacitors as well as gate dielectric in In-Ga-Zn-O (IGZO) TFTs. The MIM capacitors showed a dielectric constant of 8.35 at 1kHz, a leakage current density below 1.07×10-7 A.cm-2 at 1MV.cm-1, and a breakdown field higher than 1.5MV.cm-1. The TFT had turn-on voltage (Von) of -1V, saturation mobility of (μSat) of 7.07 cm2·V-1·s-1 and on/off current ratio of 105, positioning them close to the IGZO TFTs using traditional dielectrics that require complex etching processes.
Um polímero foto padronizável, como o fornecido pela Solvay, é um polímero dielétrico com proprie-dades físicas que fazem dele um excelente candidato para ser utilizado no fabrico de um transístor de filme fino (TFT), permitindo poupar tempo e reduzir a complexidade dos processos. Com o objetivo de demonstrar que este material consegue ser padronizado utilizando luz UV e revelando o padrão em acetona, foi feita uma otimização das condições não só da deposição deste filme, bem como do processo de cura e revelação do mesmo, de forma a tentar manter as suas propriedades dielétricas. Os filmes foram depositados por spincoa-ting, seguido de um baking a 90° C por 10 minutos e curados utilizando uma lâmpada com comprimento de onda de 365nm. Os filmes foram caracterizados através de medidas de perfilometria, transmitância, microsco-pia de força atómica e microscópio de varrimento eletrónico e espetroscopia de energia dispersiva de raio-x (SEM/EDS). Os filmes foram também depositados em estruturas metal isolante metal (MIM) e como dielétrico de porta em transístores de filme fino de In-Ga-Zn-O (IGZO) produzidos em duas arquiteturas diferentes. Os condensadores MIM exibiram uma constante dielétrica de 8.35 a 1kHz, uma densidade de corrente de fuga de cerca de 2.21x10-12 A.cm-2 a 1MV.cm-1 e um campo elétrico de rutura superior a 3 MV.cm-1. Os TFTs produ-zidos, exibiram uma tensão on (Von) de -1V, uma mobilidade de efeito de campo (μFE) de 7.07 cm2·V-1·s-1 e uma razão de corrente on/off de 105, colocando estes dispositivos perto de valores apresentados em TFTs de IGZO que usam dielétricos tradicionais e são produzidos por técnicas complexas de etching.
Um polímero foto padronizável, como o fornecido pela Solvay, é um polímero dielétrico com proprie-dades físicas que fazem dele um excelente candidato para ser utilizado no fabrico de um transístor de filme fino (TFT), permitindo poupar tempo e reduzir a complexidade dos processos. Com o objetivo de demonstrar que este material consegue ser padronizado utilizando luz UV e revelando o padrão em acetona, foi feita uma otimização das condições não só da deposição deste filme, bem como do processo de cura e revelação do mesmo, de forma a tentar manter as suas propriedades dielétricas. Os filmes foram depositados por spincoa-ting, seguido de um baking a 90° C por 10 minutos e curados utilizando uma lâmpada com comprimento de onda de 365nm. Os filmes foram caracterizados através de medidas de perfilometria, transmitância, microsco-pia de força atómica e microscópio de varrimento eletrónico e espetroscopia de energia dispersiva de raio-x (SEM/EDS). Os filmes foram também depositados em estruturas metal isolante metal (MIM) e como dielétrico de porta em transístores de filme fino de In-Ga-Zn-O (IGZO) produzidos em duas arquiteturas diferentes. Os condensadores MIM exibiram uma constante dielétrica de 8.35 a 1kHz, uma densidade de corrente de fuga de cerca de 2.21x10-12 A.cm-2 a 1MV.cm-1 e um campo elétrico de rutura superior a 3 MV.cm-1. Os TFTs produ-zidos, exibiram uma tensão on (Von) de -1V, uma mobilidade de efeito de campo (μFE) de 7.07 cm2·V-1·s-1 e uma razão de corrente on/off de 105, colocando estes dispositivos perto de valores apresentados em TFTs de IGZO que usam dielétricos tradicionais e são produzidos por técnicas complexas de etching.
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Palavras-chave
Photopatternable Dielectric IGZO TFT