纳米氧化物半导体薄膜晶体管原子层沉积研究进展与展望

ALD对于基于氧化物半导体的TFT的制造和应用非常理想。我们认为ALD在这一领域有四个关键值，如图所示：（1）原位组合/梯度组成控制（2）垂直结构工程（纳米层压板，双通道）（3）基于化学反应的各种薄膜性能（4）绝缘体和界面工程。这些值对于氧化物半导体TFT的实现和功能至关重要，而ALD是实现这些值的有效方法

汉阳大学的一组科学家发表了一份报告，回顾并讨论了基于原子层沉积（ALD）的氧化物半导体薄膜晶体管（TFT）的前景。该团队的研究结果发表在《国际极限制造杂志》上，表明ALD对于基于氧化物半导体通道层的TFT有四个好处。

氧化物半导体材料作为TFT的通道层受到关注，近年来该领域的研究显着增加。自2003年首次报告非晶态In-Ga-Zn-O（a-IGZO）以来，业界对基于氧化物半导体通道的TFT的兴趣日益浓厚。在过去的15到20年中，利用氧化物半导体的商业显示器在我们的日常生活中变得无处不在。

最近，存储器行业对氧化物半导体通道表现出越来越大的兴趣，标志着该领域新时代的开始。汉阳大学的科学家团队发布了该报告，其中包括基于ALD的氧化物半导体TFT的回顾和展望。他们介绍了氧化物半导体TFT在显示器和存储器行业中的历史，最近的几项研究与四个优点有关，这些优势解释了为什么ALD氧化物半导体TFT在工业上变得重要，以及需要克服的仍然具有挑战性的问题。

本综述中每种益处的代表性报告表明，ALD沉积氧化物半导体与传统沉积氧化物半导体之间的主要区别。作者认为，ALD对氧化物半导体开发和应用的价值如下：

1. 垂直分布中的原位成分控制：ALD通过（a）多组分氧化物半导体的成分控制和（b）通过循环设计的阳离子成分梯度分布，能够开发各种氧化物半导体。构成多组分氧化物半导体的金属阳离子各自可以发挥不同的作用（作为载流子抑制器、载流子发生器和结构稳定剂），并且它们的电性能由它们的分布控制。
2. 垂直结构工程：ALD 非常适合设计具有增强界面特性的垂直通道结构，因为它可以对异种材料沉积进行纳米级控制和原位处理。基于ALD序列，使用半导体和绝缘体的纳米层压板可以形成超晶格，并且可以通过在不同成分的氧化物半导体之间形成异质结来实现双通道调制。
3. 化学反应和薄膜性能：由于ALD方法基于自限性化学反应，因此前驱体和反应物不可避免地会影响薄膜的特性。因此，在ALD中，选择合适的前驱体和反应物非常重要，即使使用相同的材料也可以实现不同的特性。
4. 绝缘子和接口工程：半导体和绝缘体之间的界面与基于氧化物半导体的TFT的电气特性和可靠性密切相关。 ALD是改善绝缘体和半导体之间界面的薄膜质量以及控制杂质（如氢和碳）在绝缘体中的扩散的最 佳工艺。此外，关于功能绝缘体应用和基于ALD的界面定制工艺的研究正在积极进行中。

阻碍氧化物半导体及其在显示器和存储器行业中的使用的挑战性问题仍然存在。器件的缩小需要更薄的活性材料，厚度低至亚纳米。基于ALD的氧化铟可用于将器件厚度降低到1 nm，需要进一步研究将该方法开发为用于缩小比例的超薄活性层。

三维 （3D） 结构化器件的制造，例如栅极全能 （GAA）-TFT、通道全能 （CAA）-TFT 和垂直 （V）-TFT，具有挑战性，但将拓宽 ALD 氧化物半导体的工业应用。当作为3D结构中的有源层应用时，它们可以通过在垂直方向上堆叠TFT来提高集成度和整体3D集成。

此外，在CMOS逆变器中，实现不可比较的配对p型氧化物半导体是氧化物半导体可扩展性的另一个任务。ALD氧化物半导体的商业化仍在进行中。我们相信，ALD对氧化物半导体的建议优势将激励人们努力解决3D结构、超薄器件、CMOS逆变器和未来应用中的剩余挑战。

从氧化物半导体TFT的历史到仍然具有挑战性的问题，研究人员试图提供关于我们如何通过ALD工艺实现所需性能的见解，以及我们需要克服什么才能在未来发达的行业中将其扩展到该领域的其他研究人员。

研究团队负责人朴镇成教授评论说：“氧化物半导体的实际应用研究不仅在显示器领域而且在存储器/逻辑半导体领域都变得很重要。我们总结并组织了我们小组（汉阳大学）以及其他领导小组在过去15年中关于基于ALD的氧化物半导体TFT应用的报告研究。我们相信，我们对4个主要关键词的建议以及我们需要为未来在行业中的应用做些什么，对于该领域的全球研究人员来说，这可能是一个有价值的视角。