共同第一作者：刘贤哲、张李

共同通讯作者：黄爱萍，宁洪龙，罗坚义

背景介绍及内容概述

超高清（UHD）显示技术的飞速发展，推动了智能手机、平板电脑、智能手表等高端电子设备的市场需求持续攀升。非晶氧化物半导体（AOS）薄膜晶体管（TFTs）具备高载流子迁移率、长期工作可靠性与低关态电流等特性，是实现下一代超高清、高帧率及微型化显示器件的理想选择 。随着超高清（UHD）显示器的发展，背沟道刻蚀（BCE）型氧化物薄膜晶体管（TFT）凭借其高集成度优势得到了广泛应用。然而，多数氧化物半导体固有的酸敏感特性，制约了该类器件的进一步发展。

近日，五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心的刘贤哲副教授团队提出一种基于三靶共溅射的硅—钨共掺杂策略，制备二氧化锡基（锡硅钨氧，SnSiWO）薄膜，解决了背沟道刻蚀型薄膜晶体管制备过程中工艺复杂、成本高昂等核心难题。将该薄膜应用于薄膜晶体管器件后，器件展现出优异性能：迁移率达11.12 ± 2.9 cm²/V s，亚阈值摆幅为1.05 V/dec，开关电流比为10⁵。本研究创新性地通过调控溅射功率实现组分比例优化，最终制备出兼具高迁移率与优异耐酸性的锡硅钨氧薄膜，从根本上解决了背沟道刻蚀型薄膜晶体管长期存在的电学性能与耐酸性相互制约的矛盾，为面向下一代超高清显示器的无铟、低成本、高性能薄膜晶体管提供了全新的材料设计思路。

本工作以“Synergistic effect of Si and W co-doping on the electrical and acid-resistant properties of SnO₂-based films”为题，发表在Journal of Alloys and Compounds上。 

论文具体工作内容

图1 材料设计示意图

图2 不同工艺参数下沉积的SnO₂薄膜性能：(a)溅射压强对薄膜电学性能的影响；(b)Ar/O₂流量比对薄膜电学性能的影响。(c)退火温度对SnO₂薄膜光学透过率的影响；(d)退火温度对SnO₂薄膜电学性能的影响

图3 SnSiWO 薄膜溅射功率优化的预测与表征：(a) 基于等高线图的组分–迁移率关联预测（图中标注五角星为迁移率峰值位点）(b) 不同 SiO₂溅射功率下的薄膜电学性能（SnO₂：100 W，WO₃：20 W）；(c) 不同 WO₃溅射功率下的薄膜电学性能（SnO₂：100 W，SiO₂：20 W）；(d) SnO₂薄膜与SnSiWO 薄膜的光电导响应对比；(e) SnSiWO 薄膜与；(f) SnO₂薄膜的 O1sX射线光电子能谱（XPS）；200~250 K 温区内 SnSiWO 薄膜的 (g) 霍尔迁移率、(h) 载流子浓度与(i) 电导率的温度依赖性曲线

图4 耐酸腐蚀性能表征：(a) SnSiWO薄膜刻蚀前后的厚度差异；(b) 薄膜刻蚀前后的扫描电子显微镜（SEM）形貌图；在 1 mol/L 硫酸锌（ZnSO₄）电解液中，经不同时长刻蚀后薄膜的奈奎斯特阻抗图：(c) 氧化铟（In₂O₃）薄膜；(d) SnSiWO薄膜；(e) SnSiWO薄膜刻蚀前后的迁移率与载流子浓度对比；(f) SnSiWO薄膜与铝（Al）、钛（Ti）、钼（Mo）金属电极的刻蚀速率对比

图5 SnSiWO 薄膜晶体管的电学特性：(a) 输出特性曲线和 (b) 转移特性曲线；SnSiWO-TFT 在 (c) 负偏压应力 (NBS) 和 (d) 正偏压应力 (PBS) 下的转移特性曲线变化 

总结与展望

为解决非晶氧化物半导体（AOS）对酸性刻蚀剂固有的敏感特性，本研究开发了一种硅—钨共掺杂的氧化锡基四元氧化物薄膜，成功解决了背沟道刻蚀型薄膜晶体管（BCE-TFT）应用中高电学性能与耐酸敏感性之间的权衡难题。在等高线图预测的指导下，本研究确定了最优溅射功率组合（氧化锡：100 W、二氧化硅：20 W、三氧化钨：20 W），制备得到的硅锡钨氧（SnSiWO）薄膜具有11.05 ± 0.7 cm²/V s的高迁移率以及(3.75 ± 0.82)×10¹⁶ cm^-3的低载流子浓度，相较于原始氧化锡薄膜（5.3 cm²/V s、约1019 cm^-3）性能得到了显著提升。经优化的薄膜展现出优异的耐酸性，其刻蚀速率极低，仅为0.00165 ± 0.00077 nm/s，且对钼的刻蚀选择比达到11815。基于硅锡钨氧制备的薄膜晶体管实现了11.12 ± 2.9 cm²/V s 的场效应迁移率、1.05 V/dec的亚阈值摆幅以及10⁵的开关电流比，在3600秒的测试时长内，器件在正偏压应力下的阈值电压漂移仅为+0.4 V，在负偏压应力下的阈值电压漂移仅为−0.8 V。上述研究结果表明，硅锡钨氧是一种适用于高性能、低成本、无铟背沟道刻蚀型薄膜晶体管的理想沟道材料，为下一代超高清显示技术提供了全新的材料设计范式。

作者及团队介绍

共同第一作者：刘贤哲，男，五邑大学应用物理与材料学院副教授。

共同第一作者：张李，女，五邑大学应用物理与材料学院2024级材料与化工硕士研究生。

共同通讯作者：黄爱萍，女，工学博士，教授级高级工程师、五邑大学教授，硕士生导师，中国电源学会磁技术专业委员会委员、中国电源学会会员、中国电子学会会员、江门市一级高层次人才，《磁性材料及器件》青年编委。长期从事高性能软磁铁氧体材料研发及制造技术研究，科技成果“兼具双重特性高性能锰锌铁氧体材料”属于国际首创，开创了国内锰锌铁氧体新材料研究局部引领世界的先河，并实现了低成本产业化。主要研究方向：铁氧体、金属软磁及其复合材料的设计研发与制备技术；各类传感材料（力学、气体、磁场等）的设计与应用研究。

共同通讯作者: 宁洪龙，男，工学博士，教授，博士生导师，从事信息显示用电子材料相关的薄膜晶体管阵列结构设计和工艺研究。2013年回国加入发光材料与器件国家重点实验室的显示与驱动研究团队，广东省第三批创新科研团队（有机/高分子光电功能材料及应用）核心成员，华南理工大学第四批“杰出人才与团队引进计划”成员；科技部重点领域创新团队“有机高分子显示和照明材料与器件创新团队”的核心成员，广州市科创委专家，广东省科技专家，广东省突发事件应急管理专家，广东省材料研究学会理事，国际信息显示协会北京分会专业技术委员会委员，江苏省科技咨询专家，江西省科技奖励评审专家，四川省科技奖励评审专家，教育部学位中心论文评阅专家; 2017年获广东省技术发明一等奖。

共同通讯作者：罗坚义，男，工学博士，教授，博士生导师，现任五邑大学应用物理与材料学院院长，五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心主任（创始人），国务院政府特殊津贴专家（2023），省级领军人才，广东省杰出青年基金获得者，国家重点研发计划智能传感重点专项会评专家，南粤优秀教师，江门市首届“侨乡青年榜样”，江门市优秀科技工作者，江门市“十佳教师”。主要研究领域包括：柔性传感材料与器件应用（柔性触觉传感、温度传感、气体传感和光电传感等）；纳米功能材料合成；智能调光变色材料与器件。

附文献及DOI号

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