Name: the effect of anodization parameters on the aluminum oxide dielectric layer of thin-film transistors
Uploaded: 2020-05-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Effect of Anodization Parameters on the Aluminum Oxide Dielectric Layer of Thin-Film Transistors at JoVE.com

Les auteurs reconnaissent le soutien financier de la Fondation de recherche de Sao Paulo , FAPESP - Brésil (subventions 19/05620-3, 19/08019-9, 19/01671-2, 16/03484-7 et 14/13904-8) et Research Collaboration Program Newton Fund de la Royal Academy of Engineering. Les auteurs reconnaissent également le soutien technique de B. F. da Silva, J.P. Braga, J.B. Cantuaria, G.R. de Lima et G.A. de Lima Sobrinho et du groupe du professeur Marcelo de Carvalho Borba (IGCE/NUSP) pour la fourniture de l’équipement de tournage.

Le protocole décrit dans le présent travail est séparé en: i) la préparation de la solution électrolytique pour l’anodisation; ii) nettoyage et préparation des substrats; iii) processus d’anodisation; iv) dépôt de la couche active TFT et des électrodes de vidange/source; v) TFT caractérisation électrique et l’analyse et vi) application d’ANOVA pour déterminer l’importance des facteurs de fabrication dans la mobilité TFT.
1. Préparation de la solution électrolytique pour...

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	<li>Fortunato, E. M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+Transparent+ZnO+Thin-Film+Transistor+Produced+at+Room+Temperature.">Fully Transparent ZnO Thin-Film Transistor Produced at Room Temperature.</a> Advanced Materials. 17 (5), 590-594 (2005).</li><li>Fortunato, E. M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wide-bandgap+high-mobility+ZnO+thin-film+transistors+produced+at+room+temperature.">Wide-bandgap high-mobility ZnO thin-film transistors produced at room temperature.</a> Applied Physics Letters. 85 (13), 2541-2543 (2004).</li><li>Nomura, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-film+transistor+fabricated+in+single-crystalline+transparent+oxide+semiconductor.">Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent oxide semiconductor.</a> Science. 300 (5623), 1269-1272 (2003).</li><li>Noviyana, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Mobility+Thin+Film+Transistors+Based+on+Amorphous+Indium+Zinc+Tin+Oxide.">High Mobility Thin Film Transistors Based on Amorphous Indium Zinc Tin Oxide.</a> Materials. 10 (7), (2017).</li><li>Nomura, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amorphous+Oxide+Semiconductors+for+High-Performance+Flexible+Thin-Film+Transistors.">Amorphous Oxide Semiconductors for High-Performance Flexible Thin-Film Transistors.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 45 (5), 4303-4308 (2006).</li><li>Kamiya, T., Nomura, K., Hosono, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Present+status+of+amorphous+In-Ga-Zn-O+thin-film+transistors.">Present status of amorphous In-Ga-Zn-O thin-film transistors.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 11 (4), 044305 (2010).</li><li>Lin, C. I., Fang, Y. K., Chang, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+IGZO+fully+transparent+oxide+thin+film+transistor+on+glass+substrate.">The IGZO fully transparent oxide thin film transistor on glass substrate.</a> International Journal of Nanotechnology. 12, 3 (2015).</li><li>Craciun, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+properties+of+amorphous+indium+zinc+oxide+thin+films+synthesized+by+pulsed+laser+deposition.">Optical properties of amorphous indium zinc oxide thin films synthesized by pulsed laser deposition.</a> Applied Surface Science. 306, 52-55 (2014).</li><li>Suh, S., Hoffman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+metal-organic+precursor+for+the+low-temperature+atmospheric+pressure+chemical+vapor+deposition+of+zinc+oxide.">A new metal-organic precursor for the low-temperature atmospheric pressure chemical vapor deposition of zinc oxide.</a> Journal of Materials Science Letters. 8, 789-791 (1999).</li><li>Lin, Y. -. Y., Hsu, C. -. C., Tseng, M. -. H., Shyue, J. -. J., Tsai, F. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+and+High-Performance+Flexible+ZnO+Thin-Film+Transistors+by+Atomic+Layer+Deposition.">Stable and High-Performance Flexible ZnO Thin-Film Transistors by Atomic Layer Deposition.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (40), 22610-22617 (2015).</li><li>Walker, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+mobility+indium+zinc+oxide+thin+film+field-effect+transistors+by+semiconductor+layer+engineering.">High mobility indium zinc oxide thin film field-effect transistors by semiconductor layer engineering.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 4 (12), 6835-6841 (2012).</li><li>Meyers, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+Inorganic+Inks+for+Low-Temperature+Fabrication+of+ZnO+TFTs.">Aqueous Inorganic Inks for Low-Temperature Fabrication of ZnO TFTs.</a> Journal of the American Chemical Society. 130 (51), 17603-17609 (2008).</li><li>Krunks, M., Mellikov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zinc+oxide+thin+films+by+the+spray+pyrolysis+method.">Zinc oxide thin films by the spray pyrolysis method.</a> Thin Solid Films. 270 (1-2), 33-36 (1995).</li><li>Adamopoulos, G., Thomas, S., Bradley, D. D. C., McLachlan, M. A., Anthopoulos, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-voltage+ZnO+thin-film+transistors+based+on+Y2O3+and+Al2O3+high-k+dielectrics+deposited+by+spray+pyrolysis+in+air.">Low-voltage ZnO thin-film transistors based on Y2O3 and Al2O3 high-k dielectrics deposited by spray pyrolysis in air.</a> Applied Physics Letters. 98 (12), 123503 (2011).</li><li>Branquinho, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+combustion+synthesis+of+aluminum+oxide+thin+films+and+application+as+gate+dielectric+in+GZTO+solution-based+TFTs.">Aqueous combustion synthesis of aluminum oxide thin films and application as gate dielectric in GZTO solution-based TFTs.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (22), 19592-19599 (2014).</li><li>Shan, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-Voltage+High-Stability+InZnO+Thin-Film+Transistor+Using+Ultra-Thin+Solution-Processed+ZrOx+Dielectric.">Low-Voltage High-Stability InZnO Thin-Film Transistor Using Ultra-Thin Solution-Processed ZrOx Dielectric.</a> Journal of Display Technology. 11 (6), 541-546 (2015).</li><li>Lin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Highly+Controllable+Electrochemical+Anodization+Process+to+Fabricate+Porous+Anodic+Aluminum+Oxide+Membranes.">A Highly Controllable Electrochemical Anodization Process to Fabricate Porous Anodic Aluminum Oxide Membranes.</a> Nanoscale Research Letters. 10 (1), 495 (2015).</li><li>Gomes, T. C., Kumar, D., Fugikawa-Santos, L., Alves, N., Kettle, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+the+Anodization+Processing+for+Aluminum+Oxide+Gate+Dielectrics+in+ZnO+Thin+Film+Transistors+by+Multivariate+Analysis.">Optimization of the Anodization Processing for Aluminum Oxide Gate Dielectrics in ZnO Thin Film Transistors by Multivariate Analysis.</a> ACS Combinatorial Science. , (2019).</li><li>Min, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+Gate+Indium-Zinc+Oxide+Thin-Film+Transistors+Based+on+Anodic+Aluminum+Oxide+Gate+Dielectrics.">Dual Gate Indium-Zinc Oxide Thin-Film Transistors Based on Anodic Aluminum Oxide Gate Dielectrics.</a> IEEE Transactions on Electron Devices. 61 (7), 2448-2453 (2014).</li><li>Liu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eco-friendly+water-induced+aluminum+oxide+dielectrics+and+their+application+in+a+hybrid+metal+oxide/polymer+TFT.">Eco-friendly water-induced aluminum oxide dielectrics and their application in a hybrid metal oxide/polymer TFT.</a> RSC Advances. 5 (105), 86606-86613 (2015).</li><li>Berndt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anodization+of+Aluminum+in+Highly+Viscous+Phosphoric+Acid.+PART+2:+Investigation+of+Anodic+Oxide+Formation+and+Dissolution+Rates.">Anodization of Aluminum in Highly Viscous Phosphoric Acid. PART 2: Investigation of Anodic Oxide Formation and Dissolution Rates.</a> International Journal of Electrochemical Science. , 9531-9550 (2018).</li><li>Huang, S. Z., Hwu, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+characterization+and+process+control+of+cost-effective+high-k+aluminum+oxide+gate+dielectrics+prepared+by+anodization+followed+by+furnace+annealing.">Electrical characterization and process control of cost-effective high-k aluminum oxide gate dielectrics prepared by anodization followed by furnace annealing.</a> IEEE Transactions on Electron Devices. 50 (7), 1658-1664 (2003).</li><li>Iino, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Thin-Film+Transistors+on+a+Plastic+Substrate+with+Anodically+Oxidized+High-Dielectric-Constant+Insulators.">Organic Thin-Film Transistors on a Plastic Substrate with Anodically Oxidized High-Dielectric-Constant Insulators.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 42, 299-304 (2003).</li><li>Hickmott, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrolyte+effects+on+charge,+polarization,+and+conduction+in+thin+anodic+Al2O3+films.+I.+Initial+charge+and+temperature-dependent+polarization.">Electrolyte effects on charge, polarization, and conduction in thin anodic Al2O3 films. I. Initial charge and temperature-dependent polarization.</a> Journal of Applied Physics. 102 (9), 093706 (2007).</li><li>Majewski, L. A., Schroeder, R., Grell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One+Volt+Organic+Transistor.">One Volt Organic Transistor.</a> Advanced Materials. 17 (2), 192-196 (2005).</li><li>Hickmott, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+dependence+of+the+dielectric+response+of+anodized+Al-Al2O3-metal+capacitors.">Temperature dependence of the dielectric response of anodized Al-Al2O3-metal capacitors.</a> Journal of Applied Physics. 93 (6), 3461-3469 (2003).</li><li>Hickmott, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interface+states+at+the+anodized+Al2O3-metal+interface.">Interface states at the anodized Al2O3-metal interface.</a> Journal of Applied Physics. 89 (10), 5502-5508 (2001).</li><li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DOE Simplified: Practical Tools for Effective Experimentation. , (2015).</li><li>Ferreira, S. L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robustness+evaluation+in+analytical+methods+optimized+using+experimental+designs.">Robustness evaluation in analytical methods optimized using experimental designs.</a> Microchemical Journal. 131, 163-169 (2017).</li><li>Nunes, C. A., Freitas, M. P., Pinheiro, A. C. M., Bastos, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemoface:+a+novel+free+user-friendly+interface+for+chemometrics.">Chemoface: a novel free user-friendly interface for chemometrics.</a> Journal of the Brazilian Chemical Society. 23 (11), 2003-2010 (2012).</li></ol>

Le processus d’anodisation utilisé pour obtenir le diélectrique a une forte influence sur la performance des TFT fabriqués, en gardant constante tous les paramètres géométriques et les paramètres de fabrication de l’actif. Pour la mobilité TFT, qui est l’un des paramètres de performance les plus importants pour les TTET, elle peut varier de plus de 2 ordres de grandeur en modifiant les facteurs de fabrication dans la gamme donnée par le tableau I. Par conséquent, le contrôle minutieux des paramètres d?...

L’électronique flexible, imprimée et de grande surface représente un marché émergent qui devrait attirer des milliards de dollars en investissements au cours des prochaines années. Pour atteindre les exigences matérielles de la nouvelle génération de smartphones, d’écrans à panneaux plats et d’appareils Internet-of-things (IoT), il existe une énorme demande de matériaux légers, flexibles et avec une transmission optique dans le spectre visible sans sacrifier la vitesse et les hautes performances. Un point clé est de trouver des alternatives au silicium amorphe (a-Si) comme matériau actif des transistors à couches minces (TTET) utilisés dans les circuits d’entraînement de la plupart des écrans de matrice active actuels (DMLA). a-Si a une faible compatibilité aux substrats flexibles et transparents, présente des limites au traitement à grande surface, et a une mobilité de porteur d’environ 1 cm2V -1-s -1, qui ne peut pas répondre aux besoins de résolution et de taux de rafraîchissement pour les écrans de prochaine génération. Oxydes métalliques semi-conduits (SMO) tels que l’oxyde de zinc (ZnO)1,2,3, oxyde de zinc indium (IZO)4,5 et oxyde de zinc gallium indium (IGZO)6,7 sont de bons candidats pour remplacer a-Si comme la couche active de TFTs parce qu’ils sont très transparents dans le spectre visible, sont compatibles avec les substrats flexibles et les dépôts de grande surface et peuvent atteindre des mobilités aussi élevées que 80 cm2V-1-s -1. En outre, les SMO peuvent être traités dans une variété de méthodes: RF pulvérisation6 , dépôt laser pulsé (PLD)8, dépôt de vapeur chimique (CVD)9, dépôt de couche atomique (ALD)10, spin-coating11, impression jet d’encre12 et spray-pyrolyse13.
Cependant, peu de défis tels que le contrôle des défauts intrinsèques, les instabilités stimulées par l’air et les UV et la formation d’états localisés d’interface semi-conducteurs/diélectriques doivent encore être surmontés pour permettre la fabrication à grande échelle de circuits comprenant des TTET basés sur SMO. Parmi les caractéristiques souhaitées des TFT haute performance, on peut mentionner la faible consommation d’énergie, la basse tension de fonctionnement, le courant de fuite à basse porte, la stabilité de tension de seuil et le fonctionnement de fréquence de large bande, qui sont extrêmement dépendants des diélectriques de porte (et de l’interface semi-conducteur/isolant aussi bien). En ce sens, les matériaux diélectriques14,15,16 sont particulièrement intéressants puisqu’ils fournissent de grandes valeurs de capacitance par zone unitaire et de courants de faibles fuites à l’aide de films relativement minces. L’oxyde d’aluminium (Al2O3) est un matériau prometteur pour la couche diélectrique TFT puisqu’il présente une constante diélectrique élevée (de 8 à 12), une résistance diélectrique élevée, une résistance électrique élevée, une forte stabilité thermique et peut être traitée comme des films extrêmement fins et uniformes par plusieurs techniques de dépôt/croissance différentes15,17,18,19,20,21. En outre, l’aluminium est le troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, ce qui signifie qu’il est facilement disponible et relativement bon marché par rapport à d’autres éléments utilisés pour produire des diélectriques à haute teneur en k.
Bien que le dépôt/croissance d’Al2O3 mince (moins de 100 nm) films peuvent être atteints avec succès par des techniques telles que le magnétron RF pulvérisation, dépôt de vapeur chimique (CVD), dépôt de couche atomique (ALD), la croissance par anodisation d’une mince couche métallique Al17,18,21,22,23,24,25,26 est particulièrement intéressante pour l’électronique flexible en raison de sa simplicité, faible coût, basse température, et le contrôle de l’épaisseur du film à l’échelle nanométrique. En outre, l’anodisation a un grand potentiel pour le traitement du roll-to-roll (R2R), qui peut être facilement adapté des techniques de traitement déjà utilisées au niveau industriel, permettant une mise à l’échelle rapide de la fabrication.
Al2O3 croissance par anodisation de métal Al peut être décrit par les équations suivantes
2Al 3 / 2 02 ' Al2O3 (1)
2Al 3H2O - Al2O3 - 3H2 (2)
où l’oxygène est fourni par l’oxygène dissous dans la solution d’électrolyte ou par les molécules adsorbed à la surface du film, tandis que les molécules d’eau sont rapidement disponibles à partir de la solution d’électrolyte. La rugosité du film anodisé (qui affecte la mobilité TFT due à la dispersion des porteurs à l’interface semi-conductrice/diélectrique) et la densité des états localisés à l’interface semi-conductrice/déralectrique (qui affecte la tension seuil TFT et l’hystérecntie électrique) dépendent fortement des paramètres du processus d’anodisation, pour n’en nommer que quelques-uns : la teneur en eau, la température et le pH de l’électrolyte24,27. D’autres facteurs liés au dépôt de la couche Al (comme le taux d’évaporation et l’épaisseur des métaux) ou aux processus de post-anodisation (comme l’annealing) peuvent également influencer les performances électriques des TTET fabriqués. L’effet de ces facteurs multiples sur les paramètres de réponse peut être étudié en variant chaque facteur individuellement tout en gardant tous les autres facteurs constants, ce qui est une tâche extrêmement longue et inefficace. La conception d’expériences (DOE), d’autre part, est une méthode statistique basée sur la variation simultanée de plusieurs paramètres, ce qui permet d’identifier les facteurs les plus importants sur une réponse de performance du système /appareil en utilisant un nombre relativement réduit d’expériences28.
Récemment, nous avons utilisé l’analyse multivariate basée sur un Plackett-Burman29 DOE pour analyser les effets des paramètres d’anodisation Al2O3 sur la performance des TFT ZnO18sputtered . Les résultats ont été utilisés pour trouver les facteurs les plus significatifs pour plusieurs paramètres de réponse différents et appliqués à l’optimisation des performances de l’appareil ne changeant que les paramètres liés au processus d’anodisation de la couche diélectrique.
Les travaux actuels présentent l’ensemble du protocole pour la fabrication de TFT à l’aide de films Anodisés Al2O3 comme diélectriques porte, ainsi qu’une description détaillée pour l’étude de l’influence des multiples paramètres d’anodisation sur la performance électrique de l’appareil en utilisant un DOE Plackett-Burman. L’importance des effets sur les paramètres de réponse TFT tels que la mobilité du transporteur est déterminée par l’analyse de la variance (ANOVA) aux résultats obtenus à partir des expériences.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1393px;" width="1393">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:299px;">Acetone</td>
			<td style="width:212px;">LabSynth</td>
			<td style="width:161px;">A1017</td>
			<td style="width:721px;">ACS reagent grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Aluminum (Al) Wire Evaporation</td>
			<td style="width:212px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:161px;">EVMAL40060</td>
			<td>1.5 mm (0.060&#34;) Dia.; 1lb; 99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Ammonium hydroxide solution</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">338818</td>
			<td>ACS reagent, 28.0-30.0% NH3 basis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">Chemoface - Software to set a design of experiment (DOE)</td>
			<td style="width:212px;">Federal University of Lavras (UFLA), Brazil</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Free software developed by Federal University of Lavras (UFLA), Brazil - http://www.ufla.br/chemoface/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Cleaning detergent</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">Alconox</td>
			<td>Alkaline detergent for substrate cleaning</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Ethylene glycol</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">102466</td>
			<td>ReagentPlus, &#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:212px;">LabSynth</td>
			<td style="width:161px;">A1078</td>
			<td>ACS reagent grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Glass substrates</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">CLS294775X50</td>
			<td>Corning microscope slides, plain</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">L-(+)-Tartaric acid</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">T109</td>
			<td>&#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">Mechanical shadow mask for deposition of the sputtered ZnO active layer</td>
			<td style="width:212px;">Lasertools, Brazil</td>
			<td style="width:161px;">custom mask</td>
			<td>10 mm x 10 mm square.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">Mechanical shadow mask for TFT gate electrode</td>
			<td style="width:212px;">Lasertools, Brazil</td>
			<td style="width:161px;">custom mask</td>
			<td>25 mm long stripe, 3 mm wide.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">Mechanical shadow mask for TFT source/drain electrodes</td>
			<td style="width:212px;">Lasertools, Brazil</td>
			<td style="width:161px;">custom mask</td>
			<td>100 &#181;m stripes, separated by 100 &#181;m gap, overlapping of 5 mm</td>
		</tr>
		<tr height="29">
			<td height="29" style="height:29px;width:299px;">Plasma cleaner</td>
			<td style="width:212px;">MTI</td>
			<td style="width:161px;">PDC-32G</td>
			<td>Campact plasma cleaner with vacuum pump</td>
		</tr>
		<tr height="51">
			<td height="51" style="height:51px;width:299px;">Sputter coating system</td>
			<td style="width:212px;">HHV</td>
			<td style="width:161px;">Auto 500</td>
			<td>RF sputtering system with thickness and deposition rate control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Stiring plate</td>
			<td style="width:212px;">Sun Valley</td>
			<td style="width:161px;">MS300</td>
			<td>Stiring plate with heating control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Thermal evaporator</td>
			<td style="width:212px;">HHV</td>
			<td style="width:161px;">Auto 306</td>
			<td>it has a high precision sensor for measure the thickness and rate of deposition of thin films</td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:299px;">Two-channel source-measuring unit</td>
			<td style="width:212px;">Keithley</td>
			<td style="width:161px;">2410</td>
			<td>Keithley model 2410 or similar/for anodization process</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Two-channel source-measuring unit</td>
			<td style="width:212px;">Keithley</td>
			<td style="width:161px;">2612B</td>
			<td>Dual channel source-measure unit (SMU) for TFT measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Ultrasonic bath</td>
			<td style="width:212px;">Soni-tech</td>
			<td style="width:161px;">Soni-top 402A</td>
			<td>Ultrasonic bath with heating control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Zinc Oxide (ZnO) Sputtering Targets</td>
			<td style="width:212px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:161px;">EJTZNOX304A3</td>
			<td>3.0&#34; Dia. x 0.250&#34; Thick; 99.9%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the effect of anodization parameters on the aluminum oxide dielectric layer of thin-film transistors

L’oxyde d’aluminium (Al2O3) est un matériau isolant constant constant à faible coût, facilement traitable et élevé qui est particulièrement approprié pour une utilisation comme couche diélectrique des transistors à couches minces (TFT). La croissance des couches d’oxyde d’aluminium provenant de l’anodisation des films en aluminium métallique est grandement avantageuse par rapport à des processus sophistiqués tels que les méthodes de dépôt de couche atomique (ALD) ou de dépôt qui exigent des températures relativement élevées (au-dessus de 300 oC) telles que la combustion aqueuse ou la pulvérisation-pyrolyse. Cependant, les propriétés électriques des transistors dépendent fortement de la présence de défauts et d’états localisés à l’interface semi-conductrice/diélectrique, qui sont fortement affectées par les paramètres de fabrication de la couche diélectrique anodisée. Pour déterminer comment plusieurs paramètres de fabrication influencent les performances de l’appareil sans effectuer toutes les combinaisons possibles de facteurs, nous avons utilisé une analyse factorielle réduite basée sur une conception Plackett-Burman d’expériences (DOE). Le choix de ce DOE permet l’utilisation de seulement 12 séries expérimentales de combinaisons de facteurs (au lieu des 256 possibilités) pour obtenir les performances optimisées de l’appareil. Le classement des facteurs par l’effet sur les réponses de l’appareil tels que la mobilité TFT est possible en appliquant l’analyse de la variance (ANOVA) aux résultats obtenus.

Huit paramètres différents de fabrication de couche d’oxyde d’aluminium ont été utilisés comme facteurs de fabrication que nous avons utilisés pour analyser l’influence sur les performances de TFT. Ces facteurs sont énumérés dans le tableau 1, où les valeurs correspondantes « faibles » (-1) et « élevées » (1) pour le DOE factoriel à deux niveaux sont présentées.
Par souci de simplicité, chaque facteur de fabrication a été nommé par une lettre majus...

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The Effect of Anodization Parameters on the Aluminum Oxide Dielectric Layer of Thin-Film Transistors

Les paramètres d’anodisation pour la croissance de la couche diélectrique d’aluminium-oxyde des transistors à couches minces de zinc-oxyde (TTET) sont variés pour déterminer les effets sur les réponses de paramètres électriques. L’analyse de la variance (ANOVA) est appliquée à une conception d’expériences Plackett-Burman (DOE) afin de déterminer les conditions de fabrication qui donnent lieu à des performances optimisées de l’appareil.

L’effet des paramètres d’anodisation sur la couche diélectrique d’oxyde d’aluminium des transistors minces

Aluminum-oxide (Al2O3) is a low cost, easily processable and high dielectric constant insulating material that is particularly appropriate for use as the ...

Voici la vue d’ensemble du protocole. Nous commençons par préparer la solution électrolytique, en mélangeant l’eau, l’éthylène glycol et l’acide tartrique. Après cela, les glissières de verre de substrat doivent être nettoyées par sonication dans la solution alcaline de détergent, l’acétone et l’isopropanol suivis du nettoyage de plasma RF.La construction du TFT se fait en déposant une électrode en aluminium sur les substrats de verre propres. Suivi de l’anodisation dans le pulvérisation d’oxyde d’aluminium de la couche active d’oxyde de zinc et de l’évaporation thermique, les électrodes de source de drainage. Le processus d’anodisation de l’aluminium est effectué en vantant le substrat en verre enduit d’aluminium et une feuille d’acier inoxydable plaquée or reliée à une unité de mesure source.Le processus commence par l’application de courant constant dans le système avec une tension augmentant linéairement jusqu’à la tension finale qui détermine l’épaisseur de l’oxyde. Par conséquent, la tension est maintenue constante jusqu’à ce que le courant à travers le système tombe à zéro. La caractérisation électrique des TTF est effectuée en connectant une unité de mesure de la source à double canal à la porte, au drain et aux électrodes sources.La courbe de transfert est obtenue en variant la tension de la porte à une tension constante de source de drainage et en mesurant le courant de source de vidange. La mobilité électrique peut être déterminée à partir de la courbe de transfert TFT. La conception des expériences Placket-Burman est effectuée en étiquetant les facteurs d’anodisation, quel que soit le trajet d’un niveau bas à un niveau élevé, déterminés à partir des conditions expérimentales.La matrice Placket-Burman est composée de douze séries expérimentales, qui correspondent à différentes combinaisons des facteurs d’anodisation dans les niveaux prédéterminés. Nous présentons ici dans un protocole pour construire les transistors étain-remplis d’oxyde de zinc utilisant l’oxyde anodisé d’aluminium comme couche diélectrique de barrière. Nous montrons qu’il est possible d’optimiser les performances de TFTS en ne variant que les paramètres du processus d’anodisation des diélectriques de la porte.La solution électrolytique est préparée en mélangeant 84 mL d’éthylène glycol à 1,5 g d’acide tartrique. Par conséquent, ajouter 16 mL d’eau déionisée à la solution, secouer doucement la solution. Après cela, remuer la solution pendant environ 30 minutes jusqu’à dissolution complète de l’acide tartrique.Préparer deux solutions de stocks à partir de l’hydroxyde d’ammoniac pour ajuster le pH de l’électrolyte. La solution la plus concentrée peut être d’environ 28% et le moins concentré environ 2%Faire l’ajustement grossier du pH en utilisant la solution d’hydroxyde d’ammonium plus concentré. Lorsque le pH est proche de la valeur désirée, cinq ou six, utilisez la solution moins concentrée pour ajuster finement le pH.La procédure de nettoyage du substrat commence par soniser les substrats en verre dans la solution de détergent alcalin, 5% en volume à 16 degrés Celsius pendant 50 minutes. Après cela, les substrats sont rincés abondamment dans de l’eau déionisée pour éliminer les résidus. Séchez le substrat en soufflant avec de l’air propre et sec ou de l’azote.Les substrats séchés sont de nouveau sonisés en acétone pendant cinq minutes. Retirer de l’acétone et sécher à nouveau dans l’air pur et sec ou l’azote. Sonicate une fois de plus dans l’isopropanol pendant cinq minutes.Retirer de l’isopropanol et répéter la procédure de séchage. Chargez les substrats dans un nettoyeur à plasma RF et évacuez la chambre. Lorsque le vide est atteint, allumez la RF à puissance moyenne et laissez-la pendant cinq minutes pour terminer la procédure de nettoyage.Retirez les substrats du nettoyant plasma et chargez-les dans un porte-échantillon avec des masques d’ombre appropriés pour l’évaporation thermique de l’électrode de porte en aluminium. Le masque d’ombre, est une feuille de coupe laser inoxydable qui détermine la zone d’électrode porte en aluminium. Insérez les glissières en verre dans la chambre d’évaporation thermique et commencez la procédure de dépôt.Déposez l’électrode de porte en aluminium avec un contrôle fin du taux d’évaporation et de l’épaisseur finale du film. Après l’évaporation, retirer les échantillons de la chambre. Et vérifiez si les électrodes ont été correctement déposées.L’anodisation de l’électrode de porte en aluminium commence par relier la glissière en verre enduit d’aluminium et la feuille d’acier inoxydable plaqué or aux connecteurs de clip. Par conséquent, les électrodes sont immergées dans la solution électrolytique et les câbles sont connectés à l’unité source-mesure. Appliquer un courant constant sur les électrodes.La chute de tension doit augmenter linéairement, ce qui démontre que la croissance de l’oxyde d’aluminium se produit correctement. Lorsque la tension finale établie est atteinte, passez le SMU en mode tension constante et attendez que le courant tombe à zéro. Après avoir terminé la procédure d’anodisation, rincer abondamment le substrat à l’eau déionisée.Et terminer en séchant le substrat dans de l’air sec et propre ou de l’azote. Le dépôt de la couche active transistor est effectué en insérant le substrat avec la couche anodisée d’oxyde d’aluminium dans les masques d’ombre appropriés. Les masques permettraient la couverture sélective de l’oxyde de zinc pendant le dépôt de pulvérisation.Insérez les échantillons dans cette chambre de pulvérisation et lancez le processus de dépôt. Contrôlez le taux de dépôt de pulvérisation et l’épaisseur finale de la couche active TFT. Après avoir pulvérisé le dépôt, retirez les échantillons de la chambre et préparez-les à l’évaporation thermique des électrodes de vidange et de source.La fabrication du transistor est conclue par l’évaporation du drain d’aluminium et des électrodes sources par évaporation thermique à l’aide de masques d’ombre appropriés. La conception du masque utilisé permet la fabrication de trois transistors dans chaque substrat. Insérez les échantillons dans la chambre d’évaporation et lancez la procédure de dépôt.Après l’évaporation du drain d’aluminium et des électrodes sources, retirez les échantillons de la chambre. Retirez les échantillons des masques et vérifiez les électrodes. Les transistors sont prêts pour la caractérisation électrique.La caractérisation électrique du TFT est effectuée en effectuant le contact avec le drain, la source et les électrodes de la porte à l’aide de connecteurs de sonde de ressort. Les électrodes sont donc reliées à une double source de canal et à une unité de mesure. Les courbes caractéristiques du transistor sont obtenues en polarisant les électrodes de drainage et de source, ainsi que l’électrode de porte et en mesurant le courant du canal.L’analyse des paramètres électriques TFT est effectuée en traçant la courbe de transfert TFT et la racine carrée du courant de vidange en fonction de la tension de la porte. La pente de la courbe permet de déterminer la mobilité de l’appareil. L’interception de la pente de la courbe avec l’axe X définit la tension du seuil TFT.L’analyse des résultats obtenus la courbure de placket-burman conception d’expériences, peut être effectuée par un logiciel d’analyse tels que Chemoface. Choisissez la conception expérimentale et entrez avec les données d’entrée. Par conséquent, calculer les effets correspondants pour chaque paramètre d’anodisation et analyser les résultats en traçant les données dans un graphique pareto des effets.Le graphique Pareto vous permet de classer les facteurs d’anodisation par l’effet sur un paramètre de réponse spécifique de l’appareil tel que la mobilité TFT. Placket-Burman est donc utile pour un certain nombre de raisons différentes. Tout d’abord, il vous permet d’étudier un certain nombre de facteurs différents, systématiquement et simultanément.Et en utilisant des approches statistiques telles que l’ANOVA et la régression, il vous permet de quantifier et de comprendre les facteurs les plus importants et les facteurs les moins significatifs qui affectent le processus d’anodisation. Nous pensons donc que l’approche Placket-Burman est très précieuse dans l’électronique imprimée. Il vous permet de filtrer rapidement et efficacement un certain nombre de facteurs différents et d’optimiser les facteurs d’une manière très systématique et rapide.Bien que nous ayons développé cette approche pour l’anodisation, elle pourrait être utilisée dans de nombreux autres domaines dans le développement électronique imprimé.

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