共同第一作者：劉賢哲、張李
共同通訊作者：黃愛(ài)萍，寧洪龍，羅堅(jiān)義
背景介紹及內(nèi)容概述
超高清（UHD）顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了智能手機(jī)、平板電腦、智能手表等高端電子設(shè)備的市場(chǎng)需求持續(xù)攀升。非晶氧化物半導(dǎo)體（AOS）薄膜晶體管（TFTs）具備高載流子遷移率、長(zhǎng)期工作可靠性與低關(guān)態(tài)電流等特性，是實(shí)現(xiàn)下一代超高清、高幀率及微型化顯示器件的理想選擇 。隨著超高清（UHD）顯示器的發(fā)展，背溝道刻蝕（BCE）型氧化物薄膜晶體管（TFT）憑借其高集成度優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。然而，多數(shù)氧化物半導(dǎo)體固有的酸敏感特性，制約了該類(lèi)器件的進(jìn)一步發(fā)展。
近日，五邑大學(xué)柔性傳感材料與器件研究開(kāi)發(fā)中心的劉賢哲副教授團(tuán)隊(duì)提出一種基于三靶共濺射的硅—鎢共摻雜策略，制備二氧化錫基（錫硅鎢氧，SnSiWO）薄膜，解決了背溝道刻蝕型薄膜晶體管制備過(guò)程中工藝復(fù)雜、成本高昂等核心難題。將該薄膜應(yīng)用于薄膜晶體管器件后，器件展現(xiàn)出優(yōu)異性能：遷移率達(dá)11.12 ± 2.9 cm2/V s，亞閾值擺幅為1.05 V/dec，開(kāi)關(guān)電流比為105。本研究創(chuàng)新性地通過(guò)調(diào)控濺射功率實(shí)現(xiàn)組分比例優(yōu)化，最終制備出兼具高遷移率與優(yōu)異耐酸性的錫硅鎢氧薄膜，從根本上解決了背溝道刻蝕型薄膜晶體管長(zhǎng)期存在的電學(xué)性能與耐酸性相互制約的矛盾，為面向下一代超高清顯示器的無(wú)銦、低成本、高性能薄膜晶體管提供了全新的材料設(shè)計(jì)思路。
本工作以“Synergistic effect of Si and W co-doping on the electrical and acid-resistant properties of SnO2-based films”為題，發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。
論文具體工作內(nèi)容
圖1 材料設(shè)計(jì)示意圖
圖2 不同工藝參數(shù)下沉積的SnO2薄膜性能：(a)濺射壓強(qiáng)對(duì)薄膜電學(xué)性能的影響；(b)Ar/O2流量比對(duì)薄膜電學(xué)性能的影響。(c)退火溫度對(duì)SnO2薄膜光學(xué)透過(guò)率的影響；(d)退火溫度對(duì)SnO2薄膜電學(xué)性能的影響
圖3 SnSiWO 薄膜濺射功率優(yōu)化的預(yù)測(cè)與表征：(a) 基于等高線(xiàn)圖的組分–遷移率關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)（圖中標(biāo)注五角星為遷移率峰值位點(diǎn)）(b) 不同 SiO2濺射功率下的薄膜電學(xué)性能（SnO2：100 W，WO3：20 W）；(c) 不同 WO3濺射功率下的薄膜電學(xué)性能（SnO2：100 W，SiO2：20 W）；(d) SnO2薄膜與SnSiWO 薄膜的光電導(dǎo)響應(yīng)對(duì)比；(e) SnSiWO 薄膜與；(f) SnO?薄膜的 O1sX射線(xiàn)光電子能譜（XPS）；200~250 K 溫區(qū)內(nèi) SnSiWO 薄膜的 (g) 霍爾遷移率、(h) 載流子濃度與(i) 電導(dǎo)率的溫度依賴(lài)性曲線(xiàn)
圖4 耐酸腐蝕性能表征：(a) SnSiWO薄膜刻蝕前后的厚度差異；(b) 薄膜刻蝕前后的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌圖；在 1 mol/L 硫酸鋅（ZnSO4）電解液中，經(jīng)不同時(shí)長(zhǎng)刻蝕后薄膜的奈奎斯特阻抗圖：(c) 氧化銦（In2O3）薄膜；(d) SnSiWO薄膜；(e) SnSiWO薄膜刻蝕前后的遷移率與載流子濃度對(duì)比；(f) SnSiWO薄膜與鋁（Al）、鈦（Ti）、鉬（Mo）金屬電極的刻蝕速率對(duì)比
圖5 SnSiWO 薄膜晶體管的電學(xué)特性：(a) 輸出特性曲線(xiàn)和 (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)；SnSiWO-TFT 在 (c) 負(fù)偏壓應(yīng)力 (NBS) 和 (d) 正偏壓應(yīng)力 (PBS) 下的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)變化
總結(jié)與展望
為解決非晶氧化物半導(dǎo)體（AOS）對(duì)酸性刻蝕劑固有的敏感特性，本研究開(kāi)發(fā)了一種硅—鎢共摻雜的氧化錫基四元氧化物薄膜，成功解決了背溝道刻蝕型薄膜晶體管（BCE-TFT）應(yīng)用中高電學(xué)性能與耐酸敏感性之間的權(quán)衡難題。在等高線(xiàn)圖預(yù)測(cè)的指導(dǎo)下，本研究確定了最優(yōu)濺射功率組合（氧化錫：100 W、二氧化硅：20 W、三氧化鎢：20 W），制備得到的硅錫鎢氧（SnSiWO）薄膜具有11.05 ± 0.7 cm2/V s的高遷移率以及(3.75 ± 0.82)×1016 cm-3的低載流子濃度，相較于原始氧化錫薄膜（5.3 cm2/V s、約1019 cm-3）性能得到了顯著提升。經(jīng)優(yōu)化的薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的耐酸性，其刻蝕速率極低，僅為0.00165 ± 0.00077 nm/s，且對(duì)鉬的刻蝕選擇比達(dá)到11815。基于硅錫鎢氧制備的薄膜晶體管實(shí)現(xiàn)了11.12 ± 2.9 cm2/V s 的場(chǎng)效應(yīng)遷移率、1.05 V/dec的亞閾值擺幅以及105的開(kāi)關(guān)電流比，在3600秒的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，器件在正偏壓應(yīng)力下的閾值電壓漂移僅為+0.4 V，在負(fù)偏壓應(yīng)力下的閾值電壓漂移僅為?0.8 V。上述研究結(jié)果表明，硅錫鎢氧是一種適用于高性能、低成本、無(wú)銦背溝道刻蝕型薄膜晶體管的理想溝道材料，為下一代超高清顯示技術(shù)提供了全新的材料設(shè)計(jì)范式。
作者及團(tuán)隊(duì)介紹
共同第一作者：劉賢哲，男，五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院副教授。
共同第一作者：張李，女，五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院2024級(jí)材料與化工碩士研究生。
共同通訊作者：黃愛(ài)萍，女，工學(xué)博士，教授級(jí)高級(jí)工程師、五邑大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師，中國(guó)電源學(xué)會(huì)磁技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)電源學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)員、江門(mén)市一級(jí)高層次人才，《磁性材料及器件》青年編委。長(zhǎng)期從事高性能軟磁鐵氧體材料研發(fā)及制造技術(shù)研究，科技成果“兼具雙重特性高性能錳鋅鐵氧體材料”屬于國(guó)際首創(chuàng)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)錳鋅鐵氧體新材料研究局部引領(lǐng)世界的先河，并實(shí)現(xiàn)了低成本產(chǎn)業(yè)化。主要研究方向：鐵氧體、金屬軟磁及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)研發(fā)與制備技術(shù)；各類(lèi)傳感材料（力學(xué)、氣體、磁場(chǎng)等）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。
共同通訊作者: 寧洪龍，男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事信息顯示用電子材料相關(guān)的薄膜晶體管陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝研究。2013年回國(guó)加入發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的顯示與驅(qū)動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)，廣東省第三批創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)（有機(jī)/高分子光電功能材料及應(yīng)用）核心成員，華南理工大學(xué)第四批“杰出人才與團(tuán)隊(duì)引進(jìn)計(jì)劃”成員；科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“有機(jī)高分子顯示和照明材料與器件創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”的核心成員，廣州市科創(chuàng)委專(zhuān)家，廣東省科技專(zhuān)家，廣東省突發(fā)事件應(yīng)急管理專(zhuān)家，廣東省材料研究學(xué)會(huì)理事，國(guó)際信息顯示協(xié)會(huì)北京分會(huì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)委員會(huì)委員，江蘇省科技咨詢(xún)專(zhuān)家，江西省科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專(zhuān)家，四川省科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專(zhuān)家，教育部學(xué)位中心論文評(píng)閱專(zhuān)家; 2017年獲廣東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
共同通訊作者：羅堅(jiān)義，男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院院長(zhǎng)，五邑大學(xué)柔性傳感材料與器件研究開(kāi)發(fā)中心主任（創(chuàng)始人），國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家（2023），省級(jí)領(lǐng)軍人才，廣東省杰出青年基金獲得者，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能傳感重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)會(huì)評(píng)專(zhuān)家，南粵優(yōu)秀教師，江門(mén)市首屆“僑鄉(xiāng)青年榜樣”，江門(mén)市優(yōu)秀科技工作者，江門(mén)市“十佳教師”。主要研究領(lǐng)域包括：柔性傳感材料與器件應(yīng)用（柔性觸覺(jué)傳感、溫度傳感、氣體傳感和光電傳感等）；納米功能材料合成；智能調(diào)光變色材料與器件。
附文獻(xiàn)及DOI號(hào)
Synergistic effect of Si and W co-doping on the electrical and acid-resistant pr-operties of SnO2-based films
DOI：10.1016/j.jallcom.2026.187649
