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超低壓雙電層晶體管研究獲進展

發布時間:

2022-02-24 08:51

  膜晶體管(Thin-film transistors,TFTs)是一類重要的半導體器件,在平板顯示、傳感器等領域具有廣泛的應用價值。最近幾年,寬帶隙氧化物半導體由于其具有低溫成膜、高電子遷移率、可見光透明等優點,在薄膜晶體管領域引起了人們廣泛的研究興趣。由于常規SiO2柵介質電容耦合較弱,當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域的應用。研究表明,離子液、離子凝膠(IonGels)具有高達10μF/cm2的低頻雙電層電容。研究人員采用該類雙電層柵介質制作了工作電壓僅為1.0V-2.0V有機薄膜晶體管。但到目前為止,該類柵介質很少用于無機氧化物半導體晶體管器件研制。
  2009年開始,中科院寧波材料技術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,并用該介質薄膜作為柵介質,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專題報道。在此基礎上,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,并通過氧壓調控技術,實現了晶體管增強型和耗盡型調控(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,明顯增強了柵介質的雙電層電容值。接著又成功研制了具有垂直結構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柵介質上沉積了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、顯示器件領域具有廣泛的應用價值。

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