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超低壓雙電層晶體管研究獲進(jìn)展

發(fā)布時間:

2022-02-24 08:51

  膜晶體管(Thin-film transistors,TFTs)是一類重要的半導(dǎo)體器件,在平板顯示、傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。最近幾年,寬帶隙氧化物半導(dǎo)體由于其具有低溫成膜、高電子遷移率、可見光透明等優(yōu)點(diǎn),在薄膜晶體管領(lǐng)域引起了人們廣泛的研究興趣。由于常規(guī)SiO2柵介質(zhì)電容耦合較弱,當(dāng)前薄膜晶體管的典型工作電壓一般大于10V,大大限制了其在便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用。研究表明,離子液、離子凝膠(IonGels)具有高達(dá)10μF/cm2的低頻雙電層電容。研究人員采用該類雙電層?xùn)沤橘|(zhì)制作了工作電壓僅為1.0V-2.0V有機(jī)薄膜晶體管。但到目前為止,該類柵介質(zhì)很少用于無機(jī)氧化物半導(dǎo)體晶體管器件研制。
  2009年開始,中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所萬青課題組在納米SiO2顆粒組成的微孔薄膜體系中觀測到了巨大的雙電層電容,并用該介質(zhì)薄膜作為柵介質(zhì),成功研制了高性能、低壓透明薄膜晶體管,其工作電壓小于1.5V(Appl.Phys.Lett.95,152114(2009); Appl. Phys. Lett.96, 043114(2010))。該論文被NatureAsiaMaterials作了題為transparent transistors: lowpower, high performance的Highlight專題報(bào)道。在此基礎(chǔ)上,課題組又成功在紙張襯底上,采用全室溫工藝,成功研制了高性能紙張晶體管,并通過氧壓調(diào)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了晶體管增強(qiáng)型和耗盡型調(diào)控(IEEE Trans. on Electron Devices.57,2258(2010))。另外,課題組還通過簡單浸泡的途徑在SiO2納米顆粒膜中引入Li、H等離子,明顯增強(qiáng)了柵介質(zhì)的雙電層電容值。接著又成功研制了具有垂直結(jié)構(gòu)的超低壓氧化物雙電層薄膜晶體管(IEEE Electron Device Letters,31, 1263(2010);Appl. Phys.Lett.97, 052104(2010))。
  最近,課題組又自主開發(fā)了一種自組裝工藝,僅僅采用一個掩膜版,一次磁控濺射就在雙電層?xùn)沤橘|(zhì)上沉積了ITO溝道、ITO源/漏電極,完成了晶體管制作(IEEEElectronDeviceLetters.31,1137(2010))。另外,課題組該還用單根SnO2納米線作為晶體管溝道,成功研制了超低壓、全透明納米線雙電層晶體管(JournalofMaterialsChemistry,20,8010(2010))。
  上述基于氧化物半導(dǎo)體的超低壓雙電層晶體管在低成本、便攜式傳感、顯示器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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