随着集成电路的飞速发展,传统的SiO₂介电层已经不能满足晶体管尺寸继续缩小的要求。因此,制备符合要求的高k介电材料是解决这个问题的一个好办法。在众多的高k材料中,氧化锆因其具有较高的介电常数（K=25）和较大的带隙（Eg=7.8eV）,被选为本实验的研究对象。实验采用紫外光照处理和光波处理两种低温退火方式,调整不同紫外光照处理时间和光波处理时间,同时采用高温退火作为实验对比,研究不同退火方式和工艺参数对氧化锆薄膜的微观结构、光学性能以及电学性能的影响。然后,在上述制备的介电薄膜上沉积合适的半导体层制备出全低温氧化物薄膜晶体管（TFT）,通过输出特性曲线和转移特性曲线对其进行电学性能表征。首先低温溶液法经紫外光照处理不同时间从20 min到80 min制备了 ZrO₂薄膜,并对其性能进行了分析。所有ZrO₂薄膜均未出现结晶,都是无定形态,且光学透过率均高于90%。SEM和AFM表明紫外光照处理ZrO₂薄膜表面均匀光滑,粗糙度低至0.23 nm。XPS结果表明随着紫外处理时间的增加,薄膜中金属氧含量从50.4%增加到了 65.4%。通过制备Si/ZrO₂/Au电容器,我们测试了ZrO₂薄膜的介电性能,在3 MV/cm电场下漏电流密度～6.0×10-8 A/cm²,比高温400℃退火ZrO₂薄膜漏电流低四个数量级。在1 KHz频率下,电容为600 nF/cm²,介电常数为9.7。在此基础上制备的全低温In203/ZrO₂TFT器件,性能良好,操作电压低至3 V,迁移率为1.68 cm²/Vs,开关比为105,亚阈值摆幅为0.19 V/dec。这些结果证明了紫外光照处理可以制备高k氧化锆薄膜并能成功应用于TFT中。然后我们以ZrOCl₂为前驱体溶液,低温溶液法经光波处理不同时间5 min到40 min制备了 ZrO₂薄膜,并对其性能进行了分析。所有ZrO₂薄膜都是无定形态且光学透过率良好。随着光波处理时间的增长,禁带宽度逐渐增加,光波处理40 min的ZrO₂薄膜的禁带宽度为5.78 eV。SEM和AFM表明光波处理ZrO₂薄膜表面光滑连续,粗糙度低至0.30 nm。XPS分析发现,随着光波处理时间的增加,薄膜中金属氧含量从47.0%增加到了 73.0%。光波处理ZrO₂薄膜电学性能优异,在3 MV/cm电场下,光波处理40 min ZrO₂薄膜的漏电流低至1.3×10-7 A/cm-2。在100 Hz下,ZrO₂薄膜的电容为268.1nF/cm²,介电常数为13.7。在此基础上,以In2O₃为半导体层,制备了全溶液的In2O₃/ZrO₂TFT。由于使用了高k介电材料,操作电压可降至3V,迁移率高达19.4cm²/Vs,开关比高达6.4×105,阈值电压低至0.17 V,亚阈值摆幅为0.09 V/dec。这些结果证明了光波处理可以制备高k氧化锆薄膜并能成功应用于TFT中。最后我们以ZrO（NO₃）₂为前驱体溶液,低温溶液法经光波处理不同时间从2 min到8 min快速制备了 ZrO₂薄膜,并对其性能进行了分析。光波处理时间低于6 min时,ZrO₂薄膜是无定形态的,光波处理8 min ZrO₂薄膜开始结晶。所有ZrO₂薄膜透过率均高于79.2%。SEM和AFM表明光波处理ZrO₂薄膜表面光滑连续,粗糙度低至0.25 nm。XPS分析发现,随着光波处理时间的增加,薄膜中金属氧含量从48.4%增加到了 78.5%。光波处理ZrO₂薄膜电学性能优异,光波处理8 min ZrO₂薄膜在100 Hz下,电容为296.3 nF/cm²,介电常数为18.1。将该薄膜应用于In203/ZrO₂TFT器件中,操作电压低至3V,迁移率高达24.2cm²/Vs,开关比为6.8×106,阈值电压为0.1V。这些结果证明了光波处理可以快速制备高k氧化锆薄膜并能成功应用于TFT中。