柔性氧化物薄膜晶體管研究進展

張立榮,肖文平,謝飛,趙良紅,劉淳,李非凡,左文財,吳為敬*

（1.順德職業技術學院，廣東 佛山 528300；2.華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室，高分子光電材料與器件研究所，廣東 廣州 510641）

進入21世紀以來，柔性薄膜晶體管（Thin film transistor，TFT）技術取得了巨大的進步。隨著未來人工智能、物聯網技術、車聯網等技術的興起，對柔性電子技術的需求越來越大。與非晶硅（a-Si：H）TFT和低溫多晶硅（LTPS）TFT相比，氧化物TFT具有較高性能與較低的成本而受到廣泛的研究［1-7］，如相對高的載流子遷移率、良好的均勻性和光學透明度、低工藝溫度、低成本和靈活性［8-13］。在過去10年中，氧化物TFT技術取得了巨大的進步［14-17］。在顯示領域中，TFT技術已經是有源矩陣平板顯示器（AM-FPD）如LCD、AMOLED、LED的關鍵技術之一［18-20］，由于TFT技術的不斷成熟，越來越多的新型顯示技術，如透明、柔性、高分辨率（8 K）和Micro-LED已經進入消費者的視野中［21-25］，可穿戴設備、全透明顯示器和柔性電視也已相繼上市并實現商業化。此外，TFT集成電路展現出了具有取代傳統硅基互補金屬氧化物半導體（CMOS）芯片的可能性，也引起了學者的廣泛關注［26-29］。盡管氧化物TFT器件的性能和電路結構比傳統CMOS簡單，但在大面積或柔性基板上，TFT在放大器、振蕩器、逆變器、簡單邏輯電路和一些數據傳輸和接收模塊中的應用仍具有前景。此外，一些采用TFT陣列和CMOS芯片組合結構的大面積傳感器系統已經被提出，包括光、手指、溫度、壓力、PH值、氣體和生物的傳感器系統［30-33］。

早在2004年，Hoffman等［34］在熱氧化硅襯底上，制造了底柵結構的氧化鋅TFT，實現了在未加熱的襯底上通過射頻（RF）濺射沉積氧化鋅（ZnO）靶材，TFT器件的遷移率達到了25 cm2·V-1·s-1，展示了氧化物TFT具有應用于高分辨率顯示的潛力。2005年，Fortunato等［35］在室溫下同樣通過射頻磁控濺射制作一個底柵的ZnO-TFT，其遷移率值為20 cm2·V-1·s-1。這些研究表明，可在耐受溫度低的襯底上制作ZnO-TFT，如塑料和金屬箔。隨著TFT的發展，器件的特征尺寸越來越小，應該考慮TFT的短通道效應。Hsieh等［36］在2006年制造了一系列具有不同通道寬度和長度的ZnO-TFT器件，實現了具有5μm溝道長度的TFT，其遷移率大于8 cm2·V-1·s-1，開/關比率高為1×107。同時，Yabuta等［37］用同樣的方法制備了非晶態氧化銦鎵鋅（a-IGZO）作為有源層，其遷移率為12 cm2·V-1·s-1，開關比為1×108，亞閾值擺幅為0.2 V·dec-1。Fortunato等［38］報導了具有更高遷移率100 cm2·V-1·s-1的氧化物TFT。盡管TFT的應用越來越廣泛，但其器件的磁滯效應和穩定性仍較差。因此，如何進一步提高TFT的性能，使TFT進一步應用于其他相關領域中有重要意義。有學者已經研究了幾種低溫的工藝方法，而氧化物TFT的溶液法引起了工業界和學術界的興趣。與濺射加工相比，采用溶液法制備TFTs，不僅可以避免使用昂貴的設備，而且還可以與噴墨打印和卷對卷工藝兼容，從而大大地降低了成本。因此，氧化物TFT技術的研究要關注器件的各個方面，以獲得更好的性能，包括材料、結構、工藝、穩定性和機械性能等。

首先介紹了6種基于氧化物的TFT器件結構，包括背道蝕刻（BCE）、刻蝕阻擋結構（ES）、頂柵（TG）、雙柵（DG）、共面（CP）、垂直和混合結構（HS）。然后，介紹了在不同種類的柔性襯底上制作柔性氧化物TFT的研究現狀，具體闡述了聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰亞胺（PI）等襯底上TFT的研究現狀。最后，對柔性氧化物TFT的未來發展進行了展望。

1 金屬氧化物TFT結構研究現狀

不同的器件結構具有不同的特性和應用。傳統的氧化物TFT底柵（BG）結構包括背道蝕刻（BCE）和蝕刻阻擋層（ESL），他們經常被用于商業顯示中。為了減少寄生參數，設計了頂柵（TG）和共面（CP）結構。雙柵（DG）結構可以增加固定尺寸TFT的驅動能力。隨著柔性顯示技術的出現，對器件的彎曲次數和彎曲半徑的不斷提高，水平形狀的溝道很容易被損壞。為了解決這個問題，研究者們設計了垂直結構。然而，上述結構的氧化物TFT只是n型。眾所周知，在集成電路中具有NMOS和PMOS的互補結構，可以獲得高性能和低能耗。因此，制備p型TFT，實現與n型氧化物TFT的互補結構，已經引起了人們的興趣。低溫多晶硅與氧化物混合的（LTPO）TFT，即在同一襯底上有p型LTPS和n型氧化物TFT，可以實現互補結構。利用LTPO結構，可以進一步設計和改進TFT電路。文獻［39-42］介紹了一些復雜的LTPO電路，如定時控制器、普通驅動器、伽馬電路、數模轉換器（DAC）和電源電路等。

目前，文獻報導研究的氧化物TFT器件有多種，常見的器件結構有BG、TG、DG、CP和HS。BCE結構的器件，由于其制備工藝簡單、成本低，一般在商業化中應用，如手機和電視等。由于氧化物半導體材料在大多數濕法蝕刻和干法蝕刻過程中都非常敏感，在S/D電極蝕刻過程中，有可能會損壞半導體溝道［36］。為了避免這些影響，在工藝過程中加入了ES層，即在有源層上形成ES保護層，在S/D電極蝕刻時保護溝道。然而，它需要多一道工序，從而增加了成本。TG結構的器件原來頂部的鈍化層被柵極絕緣體和電極層取代，作用是可以保護有源層。柵極和S/D電極的重疊電容可以通過自對準柵極的工藝去有效減少，因此可以減少寄生電容引起的延遲。盡管如此，頂部柵極結構TFT的負偏壓和光照應力測試的穩定性仍然需要改進。帶有頂柵和底柵的DG結構，通過頂柵偏壓調節溝道載流子的濃度，呈現出更高的性能和穩定性。此外，對TG施加偏壓會改善TFT的閾值電壓和場效應遷移率，降低亞閾值擺幅（SS）。許多文獻對這種結構進行了報導，以提高像素電路的補償能力，并在有限的襯底面積上集成了柵極驅動電路和振蕩器［43］。然而，柵極和源漏極電極之間的重疊會產生寄生電容，使得TFT陣列和集成電路中出現了信號傳輸的延遲（RC延遲）。為了減少這種RC延遲效應，提高器件的響應速度，文獻［102］提出了CP TFT。在CP TFT中，G和S/D電極之間的重疊可以忽略不計，并且由于柵極和有源層在同一側，接觸電阻會減少，因此RC延遲效應可以明顯減少。單極性結構即垂直結構，垂直結構有一些其他結構所不具備的優點，如實現短通道、減少器件面積及抑制柔性襯底中的機械應力。當器件溝道在壓縮和拉伸應變產生損傷時，載流子仍然可以在垂直方向上傳輸［44］。這種結構非常適合在柔性襯底上的應用。為了實現真正的互補CMOS電路，帶有n型TFT和p型LTPS或碳納米管或SnO TFT的HS結構，盡管有復雜的加工步驟和高成本，還是受到越來越多的關注。在TFT電路中采用HS結構，可克服如基板面積、非全擺幅輸出、低噪聲裕度水平和高功率消耗，為在一些特定領域取代傳統的硅基集成電路提供了可能性。圖1為氧化物TFT器件結構示意圖。

圖1 氧化物TFT器件結構Figure 1 Typical device configurations of oxide semiconductors

2 柔性金屬氧化物TFT

在使用傳統基底（如玻璃、硅）的情況下不需要考慮工藝溫度、致密性及彎曲應變的影響，而在柔性基底上這些因素都必須加以考慮，特別是柔性襯底在每個加工步驟中的熱膨脹。溫度變化會導致薄膜和襯底之間的失配，這可能會降低材料和器件的性能，這種失配是由聚合物襯底和薄膜之間的熱膨脹系數（CTE）、彈性模量和韌性的差異形成的。圖2為幾種類型的聚合物基材［45］。從圖2可見，按聚合物基材最高加工溫度，可分為常規聚合物（Tg＜100℃）、普通高溫聚合物（100≤Tg＜200℃）和高溫聚合物（Tg≥200℃），其中PI、無色透明聚酰亞胺（CPI）、聚 醚 醚酮（PEEK）、聚醚 砜 濾 膜（PES）、PEN、PET、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚碳酸酯（PC）是最常用的柔性襯底材料。因此，下面將分別討論柔性氧化物TFT在典型襯底上應用的現狀。

圖2 聚合物光學薄膜分類Figure 2 Classification of polymer optical films

2.1 PET襯底金屬氧化物TFT

PET材料表面平滑有光澤，具有優良的物理機械性能和電絕緣性、良好的光學透明度和較短的截止波長，目前被廣泛用作保護層。然而，PET在高加工溫度下會失去其透明度和機械性能，這可能給TFT器件的制造和應用帶來挑戰。在過去的十年中，關于在PET上制備氧化物TFT的研究備受關注，其目的是通過工藝步驟和器件結構的優化來抑制PET中的缺陷。

2004年，Nomura等［46］采用PET襯底在室溫下制作柔性透明的氧化物TFT（見圖3），室溫下用脈沖激光沉積技術制作的氧化銦錫（ITO）作為透明電極材料，而氧化釔（Y2O3）作為柵極絕緣層，所制器件的遷移率為8.3 cm2·V-1·s-1、開關比為1×103，在30 mm的彎曲半徑下器件性能有細微變化、穩定性較好，使得實現柔性透明電子電路具有可能性。由于ITO材料電阻率較高、缺乏柔韌性、不易彎曲，使用其作為電極材料會帶入較大的電阻，但彎曲次數過多時易斷裂。

圖3 全ITO電極的氧化物TFTFigure 3 Oxide TFT with all ITO electrodes

隨著高分辨率柔性顯示器和集成TFT電路的發展，制作柔性的高遷移率氧化物TFT成為了迫切需要。Han等［47］通過采用鋁摻雜的ZnO（AZO）作為有源通道層，在室溫下制造了一種柔性BCE結構的TFT，該器件的遷移率可達21.3 cm2·V-1·s-1、開關比為2.7×107、亞閾值擺幅為0.23 V·dec-1和閾值電壓為1.3 V，但該器件的穩定性需要進一步提高。Chen等［48］通過原子層沉積（ALD）工藝，分別把ZnO和Al2O3作為有源層和柵極絕緣層在80、90、100°C溫度下制作TFT器件，該器件具有更高的性能，遷移率為37.1 cm2·V-1·s-1、開關比為1×107、亞閾值擺幅為0.38 V·dec-1和閾值電壓為1.34 V，表現出很好的偏置穩定性，但缺彎曲測試實驗的結果。

在柔性顯示器、可穿戴電子器件和傳感器領域中，TFT襯底需要具有較好的機械變形能力，彎曲半徑一般可低于5 mm。因此，柔性器件在彎曲時的穩定性是評估器件性能好壞的關鍵指標之一。Lee等［49］制備了一個底柵的柔性透明IGZO TFT，并且在器件頂層鈍化一層厚15 nm的SiOx鈍化層而獲得了更好的性能。對比沒有鈍化層和有鈍化層的IGZO柔性TFT的彎曲測試結果表明，在彎曲半徑為1.17 cm的情況下，彎曲1500次時遷移率和閾值電壓的變化分別在10%和8%以內。遷移率和閾值電壓的變化主要來自于兩個因素：一是，沒有鈍化層的TFT溝道暴露在環境中，導致了器件的退化；二是，應變效應。當彎曲TFT時，來自機械變形的應力集中在沒有鈍化層TFT的有源層上，而有鈍化層的器件中則集中在鈍化層上。

除了襯底需要較好的機械性能外，電極和絕緣層材料需要具備可靠、透明和柔性特性，這才能在真正意義上實現柔性器件和系統的制備。Kwon等［50］為了在PET襯底上制備TFT，在70℃的低溫下制備了透明和柔性的氧化銦錫（ITO）/銀（Ag）/ITO（IAI）電極及氧化鋁和氧化鎂Al2O3/MgO（AM）疊層絕緣層，IAI的結構優化了電極的導電率和機械性能，而厚40 nm的AM柵極絕緣層是由1 nm的Al2O3/MgO子層交替堆疊構成，實現了較好的透明和彎曲的性能。AM層需要更復雜的ALD工藝步驟來制備，其交替堆疊柵極絕緣結構如圖4所示。

圖4 交替堆疊柵極絕緣結構的氧化物TFT［50］Figure 4 Oxide TFT with alternating stacked gate insulation structure

銦（In）是稀有金屬，其價格昂貴，在地殼中的分布量比較小，且十分分散。隨著液晶顯示器和觸摸屏產品的普及，銦的價格已經上漲數倍，為了降低成本，在溝道和電極材料中避免摻雜In元素。Rezk等［51］在ZnO薄膜中摻雜Al的濃度為2%—3%，適量的摻雜會激活ZnO晶格并提高導電性，但過量摻雜會破壞ZnO的結晶度而導致薄膜的導電性下降，最終在PET襯底上制作的摻Al的TFT，其展現出 了較好 的性能，遷移率約為30 cm2·V-1·s-1、開關比為1×107、亞閾值擺幅為0.3 V·dec-1和閾值電壓為1—2 V。

為了克服工藝上的高溫，提高必要的應變耐受性，促使柔性TFT器件更加適用于模擬和數字電路。Divya等［52］采用全印刷的工藝（見圖5），在PET襯底上用In2O3作為有源層并在有源層上制作一層Ag薄膜，ITO作為S/D電極，該器件展現了良好的彎曲機械特性。由該器件構成的反相器，在60 k Hz的頻率下可實現全擺幅輸出，在300 kHz的頻率下實現半擺幅輸出。

圖5 全印刷工藝的氧化物TFT［52］Figure 5 Oxide TFT with full inject printing process

如上所述，由于PET基材的工藝溫度極限較低（小于100℃），一般工藝很難在其上沉積出更高質量的柵極絕緣層，這仍然是推廣PET的最大障礙。為了TFT技術的進一步發展和獲得更高的器件性能，應研究ALD、溶液處理工藝和噴墨打印工藝克服工藝溫度的問題，同時研究開發具有更高工藝溫度的新襯底材料。

2.2 PEN襯底金屬氧化物TFT

PEN薄膜略帶白色，與PET相比，其最高加工溫度更高約為180℃。此外，PEN具有更好的致密性，對氧氣和二氧化碳有更好的阻隔作用，這使得它在柔性電子技術應用中具有更大的潛力。

Gadre等［53］使用RF濺射技術，實現了室溫下在PEN上沉積a-IGZO薄膜，經過6 h氧氣退火和6 h真空退火后，該薄膜具有良好的透光率和優良性能。此外，Kim等［54］采用ALD方法，在150℃的生長溫度（Ts）下沉積了130 nm厚的Al2O3層，用其作為柵極絕緣層并進行了彎曲測試。Marrs等［55］制備了雙有源層結構的氧化物TFT，與單層器件相比，具有這種雙有源層結構的器件在偏置應力下表現出更好的性能和穩定性，同時具有較大遷移率和機械性能。溶液法工藝技術，因其工藝溫度低且不需要真空沉積技術就能廉價制造大面積器件的特點，被廣泛應用于柔性器件的生產中。2013年，Seo等［56］通過旋涂含有氟化物的水溶液，制備了柔性摻氟的氧化銦鋅（IZO：F）TFT，在200℃下退火2 h后，該器件的遷 移 率 為4.1 cm2·V-1·s-1。Lai等［57］采用溶液法將Al2O3納米顆粒作為a-IGZO TFT的納米復合電介質，與無機電介質相比，具有納米復合電介質的TFT具有更高的性能，并表現出相對較高的遷移率5.13 cm2·V-1·s-1。圖6為PEN襯底的氧化物TFT。Chen等則在更低溫度下，在PEN襯底上實現了溶液法工藝技術制作氧化物TFT［58］。根據光學工程方法，介電層鏡像結構首次被引入到器件工藝上，通過低折射率的Al2O3（122.6 nm）和高折射率的TiO2（85.1 nm），在120℃下，通過ALD工藝交替沉積在PEN襯底上，以構建鏡像結構的介電層（Dielectric mirrors，DM）。DM層可以實現光子輻射的反射，減少激光誘導的壓力和PEN襯底因電離而產生的介電性能的變化，并保護PEN襯底材料。

圖6 PEN襯底的氧化物TFT［55，57］Figure 6 Oxide TFTs on PEN substrate

采用噴墨印刷工藝，在PEN襯底上制作的TFT更具成本優勢。Leppa¨niemi等［59］通過噴墨印刷和遠紫外線（FUV）退火工藝制作了In2O3TFT，通過熱處理及160 nm遠紫外線曝光，在較低溫度150℃下實現了噴墨打印層由前驅體到金屬氧化物的轉化，器件具有4.3 cm2·V-1·s-1的飽和遷移率（見圖7）。

圖7 PEN襯底噴墨印刷工藝制備的氧化物T FT［59］Figure 7 Oxide TFT fabricated by inkjet printing process on PEN substrate

相對PET襯底，PEN襯底具有較好的氣體阻隔性、耐熱性和機械性能，目前已應用于柔性電子電路、柔性顯示等，但大部分在PEN襯底上的氧化物TFT的工藝溫度在150℃以下。要想獲得更高質量的薄膜，工藝溫度需要更高，因此需要耐熱性更好的襯底材料。

2.3 PI柔性襯底金屬氧化物TFT

PI基材是高溫聚合物，其表現出卓越的性能，如熱膨脹系數（CTE）為12×10-6K、濕度膨脹系數（HEC）約為9×10-6%RH、Tg高達360℃及表面粗糙度為納米級別等。雖然標準的PI表現出淡黃色到棕色，但PI是最經常使用的一種襯底。

Wu等［60］在PI襯底上制作了具有BCE結構的IZO TFTs。首先在玻璃載體上形成表面隔離層（SIL），然后將聚酰胺酸溶液（PAA）旋涂在載體上，在氮氣環境下合成了厚度為15μm的PI薄膜，通過PECVD工藝在PAA上沉積一層堆疊的SiNx/SiO2（200/100 nm）緩沖層，鉬/鋁/鉬（Mo/Al/Mo，30/100/30 nm）的堆疊柵極通過直流磁控濺射沉積到緩沖層，隨后又通過PECVD沉積堆疊的柵極絕緣層（SiNx/SiO2，250/50 nm）。30 nm的IZO有源層通過RF磁控濺射沉積在柵極絕緣層上，并通過稀釋的鹽酸進行顯影。由C（10 nm，與IZO接觸）/Mo（與IZO接觸）/Mo（200 nm）的堆疊結構，依次形成S/D電極。C膜在Mo膜濕法蝕刻時被用來保護有源層，然后C膜被氧氣等離子體灰化之后，通過PECVD生長出厚300 nm的SiO2作為鈍化層。器件在300℃的O2中退火30 min，該器件成功應用在高分辨率的柔性AMOLED顯示屏（200（RGB）×600，282 PPI），并且集成了柵極驅動電路（見圖8）。

圖8 具有BCE結構的IZO TFTs［60］Figure 8 IZO TFTs with BCE structure

TFT的磁滯效應與TFT的柵介質、半導體材料以及兩者之間的界面態陷阱有關，TFT的磁滯效應會造成短期殘像，前一幀的圖像往往會保留在后一幀的圖像中，從而影響顯示品質，甚至導致顯示錯誤。Wan Jo等［61］通過在TFT中制作低溫光化學激活的Al2O3/ZrO2雙層柵極絕緣層，實現了沒有磁滯效應的器件，該器件的遷移率為13.5 cm2·V-1·s-1。

生物傳感系統在腦機接口、智能感知、生物假體等領域中具有重大應用前景。神經形態器件是實現生物感知功能的基本元件。然而，傳統神經形態晶體管不能彎曲變形，難以與人體密切貼合，限制了神經形態器件應用。因此，具有良好彎曲特性的柔性神經形態晶體管的研究成為了最近的研究重點。Tiwari等［62］采用了室溫射頻磁控濺射的方式，制備了氧化銦鎢（IWO）TFT，該器件的遷移率為25.86 cm2V-1·s-1、閾值電壓為-1.5 V、亞閾值擺幅為0.3 V·dec-1、開關比為1×105，該器件可用來實現構建神經形態計算的突觸（見圖9）。

圖9 PI襯底上的IWO TFT［62］Figure 9 IWO TFT on PI substrate

由于銅的電阻率低，其可作為高分辨率、高幀率和大尺寸顯示器TFT陣列中互聯的最佳材料，以便將信號傳輸線中的電阻-電容（RC）延遲降到最低，然而實現銅互聯也有一些問題需要解決，如對氧化物材料的附著力差和銅原子擴散問題。Lu等［63］用CuCrZr三元合金作為TFT的電極材料，摻釹的氧化銦鋅作為有源層（NdIZO），在PI襯底上制作了全銅合金電極的TFT器件，該器件的遷移率為32.1 cm2·V-1·s-1、閾值電壓為0.42 V、亞閾值擺幅為0.16 V·dec-1、開/關比率為1×107。

非晶OS薄膜有許多不同的方法生長，但為了獲取TFT器件更好的性能，往往在足夠高的溫度下進行熱退火，特別是基于ZTO的TFTs，通常需要大于400℃的退火溫度，這樣的溫度使得襯底材料易產生破裂、機械性能丟失等損傷，因此亟需一種新工藝來代替熱退火。Lu等［64］利用兩步等離子法替代退火工藝，第一步用高能氬（Ar）等離子體處理有源層，第二步用低能量的Ar和O2等離子體處理有源層，所制作器件的遷移率為13.2 cm2·V-1·s-1、閾值電壓為3.7 V、亞閾值擺幅為0.5 V·dec-1、開/關比率為1.15×108。

溶液法工藝也經常用于PI襯底的TFT制作。Park等［65］在PI襯底上，在200℃下利用富氧連續退火的有效溶膠-凝膠溶液法工藝制備了高介電常數（k）的二氧化鋯（ZrO2）電介質和IGZO半導體薄膜，所制 作 器 件 的 遷移率 為13.6 cm2·V-1·s-1、開/關 比率為1×106、漏電流為2.7×10-11A。圖10為基于溶膠-凝膠的IGZO和ZrO2膜組成的柔性氧化物TFT的制造工藝流程示意圖。

圖10 基于溶膠-凝膠氧化物TFT的制造工藝的流程示意圖Figure 10 Flow chart of the sol-gel oxide TFT-based manufacturing process

目前，許多氧化物半導體如n型銦鎵鋅氧化物（IGZO）、氧化鋅（ZnO）和氧化錫（SnO2）、p型氧化錫（SnO）、氧化銅（CuO或Cu2O）、鎳氧化物（NiO），都被國內外研究機構企業所廣泛研究。Hsu等［66］在柔性襯底制作了p型氧化物TFT器件，其遷移率為1.6 cm2·V-1·s-1、閾值電壓為2.8 V、亞閾值擺幅為2.3 V·dec-1、開關比大于1×103，該器件的結構圖如圖11所示。

圖11 P型SnO TFT的結構圖Figure 11 Structure of p-type SnO T FT

對于柔性電子技術的發展，要求TFT器件具有更好的性能，特別是互補結構的器件。因此，開發出有良好電氣穩定性的高性能互補金屬氧化物半導體（CMOS）結構的TFT至關重要。Hsu等［67］在PI柔性襯底上制作了互補結構的氧化物TFT，包括n型頂柵的IGZO TFT和p型底柵的SnO TFT。由互補型的TFT構成的反相器實現了出色的直流電壓增益，在機械彎曲應力下表現出穩定的性能。除了全氧化物TFT互補結構，最近幾年由低LTPS TFT和氧化物TFT組成的LTPO技術受到追捧，LTPO既有LTPS TFT的高遷移率的優點，又有氧化物TFT漏電流小的優勢。LTPO在2018年被蘋果公司應用于其產品Apple Watch S4上，隨后在2019年的SID會議上蘋果公司首次介紹了此概念。一般采用氧化物TFT作為補償電路中的開關TFT，以實現超低刷新率（LRR）驅動（如1 Hz），以此獲得低功耗，同時避免出現任何閃爍。在PI襯底上制作柔性LTPO也同樣備受關注。目前，報導的柔性LTPO器件（見圖12），其結構基本相同，均為先制作多晶硅有源層和柵極，再制作氧化物的有源層和柵極，最后S/D用同一種金屬制作。文獻

圖12 LTPOs的結構圖［68-71］Figure 12 Structure of LTPOs

［68-70］所報道的柔性LTPO的結構及制作工藝步驟基本相同，器件性能也類似；文獻［71］報道的柔性LTPO制作工藝做了一些改進，把LPTS TFT的源極與IGZO TFT的漏極連在一起，這樣不用增加全局總線走線的高度，不用增加多一層金屬。

與傳統氧化物TFT相比，LTPO不僅可以避免高漏電流、低驅動電流和低增益，而且還可以構成數據處理器或其他更復雜的電路，特別是在大面積集成和柔性電子的應用上。因此，LTPO在一些模擬或者數字集成電路可完全替代硅基的集成電路。

3 總結與展望

氧化物TFT可以在剛性襯底（如玻璃、金屬箔）或柔性基底（如PI、PEN和PET）等上制備，使得氧化物TFT成為柔性應用中最受歡迎的TFT技術之一。本綜述主要關注了采用低溫工藝的氧化物TFT和LTPO技術的最新進展，特別強調了在PI、PEN、PET襯底上制作的TFT器件及其性能優化（表1）。

表1 不同襯底的柔性氧化物TFT性能參數對比Table 1 Comparison of flexible oxide TFTs with different substrates

過去10年間，柔性氧化物TFT的性能已逐步得到提高，用ALD工藝提升薄膜的一致性、均勻性、厚度、成分等，從而提高器件的穩定和遷移率；通過對溝道材料摻雜不同的元素，如鎳、稀土元素等，改善溝道載流子的傳輸；通過改善接觸電極材料的電阻值和粘附性，改善電極與溝道材料接觸面載流子的注入和運輸，提升器件的遷移率。迄今為止，仍有許多挑戰阻礙了其商業化的發展，包括穩定性、可靠性、大面積的均勻性。穩定性意味著在柔性器件上經過多少次彎曲循環后，仍能保證器件性能?？煽啃砸馕吨嵝云骷梢猿惺懿焕沫h境程度和條件，如機械應力、濕度、高溫和低溫。均勻性是指在不同區域的柔性TFT隨著彎曲位置、彎曲曲率不同出現衰減的程度，從而不會影響整體的性能。因此，提升器件的穩定性、性能和壽命，降低成本，將是柔性TFT研究的重點。