铜-钼源漏电极对非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管性能的改善

在铜(Cu)和非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)之间插入30 nm厚的钼(Mo)接触层, 制备了具有Cu-Mo源漏电极的a-IGZO薄膜晶体管(TFT). Mo接触层不仅能够抑制Cu与a-IGZO有源层之间的扩散, 而且提高了Cu电极与玻璃基底以及栅极绝缘层的结合强度. 制备的Cu-Mo结构TFT与纯Cu 结构TFT相比, 具有较高的迁移率(～9.26 cm²·V^-1·s^-1)、更短的电流传输长度(～0.2 μm)、更低的接触电阻(～1072 Ω)和有效接触电阻率(～1×10^-4Ω·cm²), 能够满足TFT 阵列高导互联的要求.     

Ta2O5-PMMA复合栅绝缘层对OFETs性能的影响

选用五氧化二钽（Ta₂O₅）-聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管（OFETs）。通过在Ta₂O₅表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度,增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明,当PMMA厚度为40 nm时,器件的电学性能最佳。与单一的Ta₂O₅栅绝缘层器件相比,其场效迁移率由4.2×10^-2 cm²/（V·s）提高到0.31 cm²/（V·s）;栅电压增加到-20 V时,开关电流比由2.9×10²增大到2.9×10⁵。     

超薄EuF3电极修饰层对有机场效应晶体管性能的提升

采用EuF₃薄层修饰低功函数金属Ag源、漏电极,制备了CuPc有机场效应晶体管,研究了不同厚度EuF₃对器件性能的影响。结果表明,EuF₃的厚度由0 nm增至0.6 nm时,接触电阻由23.65×10⁵ Ω·cm减 至3.86×10⁵ Ω·cm,使得器件载流子迁移率由1.5×10^-3 cm²·V^-1·s^-1提高到4.65×10^-3 cm²·V^-1·s^-1。 UPS测试结果表明,薄层EuF₃在Ag与有机半导体间形成了界面偶极势垒,使源漏电极表面功函数增大,空穴注入势垒降低,Ag电极与有机半导体层界面的接触电阻减小,进而提升了空穴的注入效率。     

基于超薄Al2O3栅绝缘层的低工作电压IGZO薄膜晶体管及其在共源极放大器中的应用

随着薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)在各类新兴电子产品中得到广泛应用,作为各类电子设备的关键组件,其工作电压和稳定性面临着巨大挑战。为了满足未来高度集成化、功能复杂的应用场合,实现其低工作电压和高稳定性就变得异常重要。我们在150 mm×150 mm大面积玻璃基底上,采用磁控溅射非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium-gallium-zinc-oxide,a-IGZO)作为有源层,以原子层沉积(ALD)Al2O3为栅绝缘层,制备了底栅顶接触型a-IGZO TFT,并研究了50,40,30,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层对TFT器件的影响。其中,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层TFT具有最优综合性能:1 V的低工作电压、接近0 V的阈值电压和仅为65.21 mV/dec的亚阈值摆幅,还具有15.52 cm^2/(V·s)的高载流子迁移率以及5.85×10^7的高开关比。同时,器件还表现出优异的稳定性:栅极±5 V偏压1 h阈值电压波动最小仅为0.09 V以及优良的150 mm×150 mm大面积分布均一性。实现了TFT器件的低工作电压和高稳定性。最后,以该TFT器件为基础设计了共源极放大器,得到14 dB的放大增益。     

PVA栅绝缘层浓度对P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管,,研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示,以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能,器件的场效应迁移率为0.31 cm²·V^-1·s^-1,阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因,结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管,选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。     

源漏电极的制备对氧化物薄膜晶体管性能的影响

本文采用钼-铝-钼(Mo/Al/Mo)叠层结构作为源漏电极,制备氧化铟锌(IZO)薄膜晶体管(TFT).研究了Mo/Al/Mo源漏电极中与IZO接触的Mo层溅射功率对TFT器件性能的影响.随着Mo层溅射功率的增加,器件开启电压(Von)负向移动,器件均匀性下降.通过X射线光电子能谱(XPS)深度剖析发现IZO/Mo界面有明显的扩散;当Mo层溅射功率减小时,扩散得到了抑制.制备的器件处于常关状态(开启电压为0.5 V,增强模式),不仅迁移率高(～13 cm2·V-1·s-1),而且器件半导体特性均匀.     

利用混合有机空穴传输材料提升有机薄膜晶体管场效应迁移率

通过采用在并五苯薄膜与源漏电极之间插入10 nm 并五苯掺杂的N,N’-二苯基-N,N’-二（3-甲基苯基）-1,1’-联苯-4,4’-二胺薄膜的方法研究了基于并五苯有源层的底栅错面型有机薄膜晶体管的电学特性。研究发现：N,N’-二苯基-N,N’-二（3-甲基苯基）-1,1’-联苯-4,4’-二胺的引入可以有效改善有源层和源漏电极接触界面的表面形貌,利于形成欧姆接触,从而改善器件性能,最终使优化器件的迁移率由（0.1±0.01）cm²/（V·s）提升至（0.31±0.02）cm²/（V·s）,阈值电压由（－34.6±1.3）V 降至（－30.1±1.2）V。     

高迁移率聚合物薄膜晶体管

以高掺杂Si单晶片作为栅电极, 热生长SiO₂作为栅介质层, 聚三己基噻吩薄膜作为半导体活性层, Au作为源、漏电极, 并采用十八烷基三氯硅烷（OTS）对栅介质表面改性, 在空气环境下成功地制备出高性能聚合物薄膜晶体管. 结果表明, 通过采用OTS对栅介质层表面修饰大幅度地改善了聚合物薄膜晶体管的电性能, 器件的场效应迁移率高达0.02 cm²/（Vs）, 开关电流比大于10⁵. 关键词： 聚合物薄膜晶体管 聚三己基噻吩 场效应迁移率 表面修饰     

使用铜源漏电极的非晶氧化铟锌薄膜晶体管的研究

为了实现氧化物薄膜晶体管(TFT)的低电阻布线,采用Cu作为氧化物TFT的源漏电极。通过优化成膜工艺制备了电阻率低至2.0μΩ·cm的Cu膜,分析了Cu膜的晶体结构、粘附性及其与a-IZO薄膜的界面,制备了以a-IZO为有源层和Cu膜的粘附层的TFT器件。结果表明:所制备的Cu膜呈多晶结构;引入a-IZO粘附层增强了Cu膜与衬底的粘附性;同时,Cu在a-IZO中的扩散得到了抑制。所制备的TFT的迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压分别为12.9 cm2/(V·s)、0.28 V/dec和-0.6 V。     

旋涂法制备氧化锆介质层及其在薄膜晶体管中的应用

采用旋涂法制备了氧化锆介质层薄膜,重点讨论了退火温度以及旋涂转速对薄膜性能的影响及作用机制。研究发现高温后退火一方面使得氧化锆水合物脱水形成氧化锆,另一方面促使氧化锆薄膜结晶。此外,转速较高时,其变化对薄膜厚度及粗糙度无显著影响。当转速为5 000 r/min、退火温度为300℃时,制备的绝缘层厚度具有良好的厚度均匀性,粗糙度为0.7 nm,漏电流为3.13×10^-5 A/cm²（电场强度1 MV/cm）。最终,利用ZrO₂薄膜作为栅极绝缘层,在玻璃基板上制备了铟镓锌氧化物-薄膜晶体管（IGZO-TFT）,其迁移率为6.5 cm²/（V·s）,开关比为2×10⁴。     

基于P掺杂SiO2为栅介质的超低压侧栅薄膜晶体管

在室温下利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的颗粒膜P掺杂SiO₂为栅介质, 使用磁控溅射方法利用一步掩模法制备出一种新型结构的侧栅薄膜晶体管. 由于侧栅薄膜晶体管具有独特的结构, 在射频磁控溅射过程中, 仅仅利用一块镍掩模板, 无需复杂的光刻步骤, 就可同时沉积出氧化铟锡(ITO)源、漏、栅电极和沟道, 因此, 这种方法极大地简化了制备流程, 降低了工艺成本. 实验结果表明, 在P掺杂SiO₂栅介质层与沟道层界面处形成了超大的双电层电容(8 μF/cm²), 这使得这类晶体管具有超低的工作电压1 V, 小的亚阈值摆幅82 mV/dec、高的迁移率18.35 cm²/V·s和大的开关电流比1.1×10⁶. 因此, 这种P掺杂SiO₂双电层超低压薄膜晶体管将有望应用于低能耗便携式电子产品以及新型传感器领域. 关键词： 2')" href="#">P掺杂SiO₂ 侧栅薄膜晶体管 双电层(EDL) 超低压     

氧对IZO低压无结薄膜晶体管稳定性的影响

本文在室温下制备了无结结构的低压氧化铟锌薄膜晶体管, 并研究了氧分压对其稳定性的影响. 氧化铟锌无结薄膜晶体管具有迁移率高、结构新颖等优点, 然而氧化物沟道层易受氧、水分子等影响, 造成稳定性下降. 在室温下, 本文通过改变高纯氧流量制备氧化铟锌透明导电薄膜作为沟道层、源漏电极, 分析了氧压对于氧化物无结薄膜晶体管稳定性的影响. 为使晶体管在低电压(<2 V)下工作, 达到低压驱动效果, 本文采用具有双电层效应和栅电容大的二氧化硅纳米颗粒膜作为栅介质; 通过电学性能测试, 制备的晶体管工作电压仅为1 V、 开关电流比大于10⁶、亚阈值斜率小于100 mV/decade以及场效 应迁移率大于20 cm²/V·s. 实验研究表明, 通氧制备的氧化铟锌薄膜的电阻率会上升, 导致晶体管的阈值电压向正向漂移, 最终使晶体管的工作模式由耗尽型转变为增强型. 关键词： 薄膜晶体管 无结 氧化铟锌 氧分子     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

基于蛋清栅介质的超低压双电层薄膜晶体管

新一代环保、生物兼容性电子功能器件受到了广泛关注.本文采用具有高质子导电特性的天然鸡蛋清作为耦合电解质膜制备双电层薄膜晶体管,该薄膜晶体管以氧化铟锡导电玻璃为衬底和底电极,以旋涂法制备的鸡蛋清为栅介质,以磁控溅射沉积的氧化铟锌为沟道和源漏电极.实验结果表明,这种基于鸡蛋清的栅介质具有良好的绝缘性,并能在其与沟道界面处形成巨大的双电层电容,从而使得该类晶体管具有超低工作电压（1.5 V）、低亚阈值（164 mV/dec）、大电流开关比（2.4×10⁶）和较高的饱和区场效应迁移率（38.01 cm²/（V· s））.这种以天然鸡蛋清为栅介质的超低压双电层TFTs有望应用于新型生物电子器件及低能耗便携式电子产品.     

室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO TFT)的工作电压,提高迁移率,采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上室温下依次沉积NbLaO栅介质层和ZnO半导体有源层,制备出ZnO TFT,对器件的电特性进行了表征。该ZnO TFT呈现出优异的器件性能:当栅电压为5 V、漏源电压为10 V时,器件的饱和漏电流高达2.2 m A;有效场效应饱和迁移率高达107 cm~2/(V·s),是目前所报道的室温下溅射法制备ZnO TFT的最高值,亚阈值摆幅为0.28 V/decade,开关电流比大于107。利用原子力显微镜(AFM)对NbLaO和ZnO薄膜的表面形貌进行了分析,分析了器件的低频噪声特性,对器件呈现高迁移率、低亚阈值摆幅以及迟滞现象的机理进行了讨论。     

沟道层厚度对室温制备的In2O3薄膜晶体管器件性能的影响

在室温下采用直流磁控溅射以SiO₂/Si为衬底制备了不同沟道层厚度的底栅式In₂O₃薄膜晶体管,讨论了沟道层厚度对底栅In₂O₃薄膜晶体管的电学性能的影响。实验结果表明:器件的特性与沟道层厚度有关,最优沟道层厚度的In₂O₃薄膜晶体管为增强型,其阈值电压为2.5 V,开关电流比约为10⁶,场效应迁移率为6.2 cm²·V^-1·s^-1。     

铟锌氧化物薄膜晶体管局域态分布的提取方法

本文针对铟锌氧化物薄膜晶体管(IZO TFT)的低频噪声特性与变频电容-电压特性展开试验研究,基于上述特性对有源层内局域态密度及其在禁带中的分布进行参数提取.首先,基于IZO TFT的亚阈区I-V特性提取器件表面势随栅源电压的变化关系.基于载流子数随机涨落模型,在考虑有源层内缺陷态俘获/释放载流子效应基础上,通过γ因子提取深能态陷阱的特征温度;基于沟道电流噪声功率谱密度及平带电压噪声功率谱密度的测量,提取IZO TFT有源层内局域态密度及其分布.试验结果表明,带尾态缺陷在禁带内随能量呈e指数变化趋势,其导带底密度N1TA约为3.42×10~(20)cm~(-3)·eV-,特征温度TTA约为135 K.随后,将C-V特性与线性区I-V特性相结合,对栅端寄生电阻、漏端寄生电阻、源端寄生电阻进行提取与分离.在考虑有源层内局域态所俘获电荷与自由载流子的情况下,基于变频C-V特性对IZO TFT有源层内局域态分布进行参数提取.试验结果表明,深能态与带尾态在禁带内随能量均呈e指数变化趋势,深能态在导带底密度NDA约为5.4×10~(15)cm~(-3)·eV~(-1),特征温度TDA约为711 K,而带尾态在导带底密度NTA约为1.99×10~(20)cm~(-3)·eV~(-1),特征温度TTA约为183 K.最后,对以上两种局域态提取方法进行对比与分析.