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.     

双有源层结构掺硅氧化锌薄膜晶体管的电特性

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)的关态电流(I_off),提高开关电流比(I_on/I_off),采用磁控溅射法制备掺硅氧化锌薄膜晶体管(SZO-TFT)和SZO/ZnO双层有源层结构的TFT器件,研究了Si含量对SZO薄膜透光性和SZO-TFT电性能的影响,比较了单层与双层有源层结构TFT器件的电特性.与ZnO-TFT相比,SZO-TFT的I_off低2个数量级,最低达1.5×10^-12 A;I_on/I_off高两个数量级,最高达7.97×10⁶.而SZO/ZnO双有源层结构的TFT器件可在不降低载流子迁移率的情况下,I_on/I_off比ZnO-TFT提高近两个数量级,有效改善了器件的整体性能.     

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     

高场应力及栅应力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究

采用不同的高场应力和栅应力对AlGaN/GaN HEMT器件进行直流应力测试,实验发现：应力后器件主要参数如饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压等均发生了明显退化,而且这些退化还是可以完全恢复的;高场应力下,器件特性的退化随高场应力偏置电压的增加和应力时间的累积而增大;对于不同的栅应力,相对来说,脉冲栅应力和开态栅应力下器件特性的退化比关态栅应力下的退化大.对不同应力前后器件饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压的分析表明,AlGaN势垒层陷阱俘获沟道热电子以及栅极电子在栅漏间电场的作用下填充虚栅中的表面态是这些不同应 关键词： AlGaN/GaN HEMT器件 表面态(虚栅) 势垒层陷阱 应力     

金属氧化物半导体场效应管热载流子退化的1/fγ噪声相关性研究

研究了金属氧化物半导体(MOS)器件在高、中、低三种栅压应力下的热载流子退化效应及其1/f^γ噪声特性.基于Si/SiO₂界面缺陷氧化层陷阱和界面陷阱的形成理论,结合MOS器件1/f噪声产生机制,并用双声子发射模型模拟了栅氧化层缺陷波函数与器件沟道自由载流子波函数及其相互作用产生能级跃迁、交换载流子的具体过程.建立了热载流子效应、材料缺陷与电参量、噪声之间的统一物理模型.还提出了用噪声参数Sf ^{关键词： 金属氧化物半导体场效应管 热载流子 fγ噪声')" href="#">1/fγ噪声}     

具有HfN/HfO2栅结构的p型MOSFET中的负偏置-温度不稳定性研究

研究了HfN/HfO₂高K栅结构p型金属-氧化物-半导体(MOS)晶体管(MOSFET)中，负 偏置-温度应力引起的阈值电压不稳定性(NBTI)特征.HfN/HfO₂高K栅结构的等效 氧化层厚度(EOT)为1.3nm，内含原生缺陷密度较低.研究表明，由于所制备的HfN/HfO₂ 高K栅结构具有低的原生缺陷密度，因此在p-MOSFET器件中观察到的NBTI属HfN/HfO2高K栅结构的本征特征，而非工艺缺陷引起的；进一步研究表明，该HfN/HfO₂高K栅结构中观察到的NBTI与传统的SiO₂基栅介质p-MOSFET器件中观察 到的NBTI具有类似的特征，可以被所谓的反应-扩散(R-D)模型表征： HfN/HfO₂ 栅结构p-MOSFET器件的NBTI效应的起源可以归为衬底注入空穴诱导的界面反应机理，即在负 偏置和温度应力作用下，从Si衬底注入的空穴诱导了Si衬底界面Si-H键断裂这一化学反应的 发生，并由此产生了Si^＋陷阱在Si衬底界面的积累和H原子在介质层内部的扩散 ，这种Si^＋陷阱的界面积累和H原子的扩散导致了器件NBTI效应的发生. 关键词： 高K栅介质 负偏置-温度不稳定性(NBTI) 反应-扩散(R-D)模型     

低工作电压聚噻吩薄膜晶体管

以高掺杂Si单晶片作为衬底且充当栅电极,采用磁控溅射法在硅片上沉积HfTiO薄膜作为栅介质层,聚三己基噻吩(P3HT)薄膜作为半导体活性层,金属Au作为源、漏电极,并采用十八烷基三氯硅烷(OTS)对栅介质层表面修饰,在空气环境下成功地制备出聚合物薄膜晶体管(PTFT).PTFT器件测试结果表明,该晶体管在低的驱动电压(<-1 V)下仍呈现出良好的饱和行为,其阈值电压和有效场效应迁移率分别为0.4 V和2.2×10^-2 cm²/V ·s.通过对金属-聚合物-氧化物 关键词： 聚合物薄膜晶体管 聚三己基噻吩 场效应迁移率 k栅介质')" href="#">高k栅介质     

不同栅压下Si-n型金属氧化物半导体场效应管总剂量效应的瞬态特性仿真

为了实现半导体器件在电离辐射环境中电学特性的动态退化过程,本文基于总剂量效应中陷阱对载流子的俘获/发射过程,建立了Si-n型金属氧化物半导体场效应管总剂量效应的瞬态特性数值模型.仿真了不同栅极偏压下,器件电学特性随累积总剂量的上升而造成的器件退化效应,并提取了Si/SiO₂界面和栅氧化层中陷阱电荷的变化.仿真发现,随着累计总剂量的上升,两个位置处陷阱电荷的数量都趋向于饱和.当辐照中栅极偏压为正时,器件阈值电压的退化幅度显著高于辐照偏压为负时的退化幅度.无论是辐照过程中栅极加正偏压还是反偏压,都表现出阈值电压的退化幅度随着偏压幅值上升先上升再下降的趋势.栅极偏压对器件辐照后的退火效应也有一定的影响,在退火过程中如果栅极偏压不为零,器件退火后的电学特性恢复幅度比零偏压下的要低一些.     

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     

电离辐射对部分耗尽绝缘体上硅器件低频噪声特性的影响

本文针对辐射前后部分耗尽结构绝缘体上硅(SOI)器件的电学特性与低频噪声特性开展试验研究. 受辐射诱生埋氧化层固定电荷与界面态的影响, 当辐射总剂量达到1 M rad(Si) (1 rad = 10^-2 Gy)条件下, SOI器件背栅阈值电压从44.72 V 减小至12.88 V、表面电子有效迁移率从473.7 cm²/V·s降低至419.8 cm²/V· s、亚阈斜率从2.47 V/dec增加至3.93 V/dec; 基于辐射前后亚阈斜率及阈值电压的变化, 可提取得到辐射诱生界面态与氧化层固定电荷密度分别为5.33×10¹¹ cm^{- 2}与2.36×10¹² cm^-2. 受辐射在埋氧化层-硅界面处诱生边界陷阱、氧化层固定电荷与界面态的影响, 辐射后埋氧化层-硅界面处电子被陷阱俘获/释放的行为加剧, 造成SOI 器件背栅平带电压噪声功率谱密度由7×10^{- 10} V²·Hz^-1增加至1.8×10^-9 V² ·Hz^-1; 基于载流子数随机涨落模型可提取得到辐射前后SOI器件埋氧化层界面附近缺陷态密度之和约为1.42×10¹⁷ cm^-3·eV^-1和3.66×10¹⁷ cm^-3·eV^-1. 考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系, 本文计算得到辐射前后埋氧化层内陷阱电荷密度随空间分布的变化.     

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。     

Double‐layer channel structure based ZnO thin‐film transistor grown by atomic layer deposition

A double channel structure has been used by depositing a thin amorphous‐AlZnO (a‐AZO) layer grown by atomic layer deposition between a ZnO channel and a gate dielectric to enhance the electrical stability. The effect of the a‐AZO layer on the electrical stability of a‐AZO/ZnO thin‐film transistors (TFTs) has been investigated under positive gate bias and temperature stress test. The use of the a‐AZO layer with 5 nm thickness resulted in enhanced subthreshold swing and decreased V_th shift under positive gate bias/temperature stress. In addition, the falling rate of the oxide TFT using a‐AZO/ ZnO double channel had a larger value (0.35 eV/V) than that of pure ZnO TFT (0.24 eV/V). These results suggest that the interface trap density between dielectric and channel was reduced by inserting a‐AZO layer at the interface between the channel and the gate insulator, compared with pure ZnO channel. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应管

在石墨烯场效应晶体管栅介结构中引入具有良好电容特性或极化特性的材料可改善晶体管性能.本文采用化学气相沉积制备的石墨烯并以PVDF-[EMIM]TF2N离子凝胶薄膜(ion-gel film)作为介质层制备底栅型石墨烯场效应管(graphene-based field effect transistor, GFET),研究其电学特性以及真空环境和温度对GFET性能的影响.结果表明离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应晶体管表现出良好的电学特性,室温空气环境中,与SiO_2栅介GFET相比, ion-gel膜栅介GFET开关比(J_(on)/J_(off))和跨导(g_m)分别提高至6.95和3.68×10~(–2) mS,而狄拉克电压(V_(Dirac))低至1.3 V;真空环境下ion-gel膜栅介GFET狄拉克电压最低可降至0.4 V;随着温度的升高, GFET的跨导最高可提升至6.11×10~(–2) mS.     

薄膜热处理对ZnO薄膜晶体管性能的提高

制备了两种以SiO2为绝缘层的底栅ZnO薄膜晶体管,分别以未退火和退火处理的ZnO薄膜作为有源层.与未退火处理的ZnO薄膜晶体管相比,退火处理的ZnO薄膜晶体管的饱和迁移率由2.3 cm2/(V·s)增大至3.12 cm2/(V·s),阈值电压由20.8V减小至9.9V,亚阈值摆幅由2.6 V/dec减小至1.9 V/...     

Low-voltage-drive and high output current ZnO thin-film transistors with sputtering SiO2 as gate insulator

Low-voltage-drive ZnO thin-film transistors (TFTs) with room-temperature radio frequency magnetron sputtering SiO₂ as the gate insulator were fabricated successfully on the glass substrate. The ZnO-TFT operates in the enhancement mode with a threshold voltage of 4.2 V, a field effect mobility of 11.2 cm²/V s, an on/off ratio of 3.1 × 10⁶ and a subthreshold swing of 0.61 V/dec. The drain current can reach to 1 mA while the gate voltage is only of 12 V and drain voltage of 8 V. The C–V characteristics of a MOS capacitor with the structure of ITO/SiO₂/ZnO/Al was investigated. The carrier concentration N_D in the ZnO active layer was determined, the calculated N_D is 1.81 × 10¹⁶ cm⁻³, which is the typical value of undoped ZnO film used as the channel layer for ZnO-TFT devices. The experiment results show that SiO₂ film is a promising insulator for the low voltage and high drive capability oxide TFTs.     

Electrical and dielectric characterization of Au/ZnO/n-Si device depending frequency and voltage

Au/Zn O/n-type Si device is obtained using atomic layer deposition(ALD) for Zn O layer, and some main electrical parameters are investigated, such as surface/interface state(Nss), barrier height(Φb), series resistance(Rs), donor concentration(Nd), and dielectric characterization depending on frequency or voltage. These parameters are acquired by use of impedance spectroscopy measurements at frequencies ranging from 10 k Hz to 1 MHz and the direct current(DC) bias voltages in a range from-2 V to +2 V at room temperature are used. The main electrical parameters and dielectric parameters,such as dielectric constant(ε"), dielectric loss(ε"), loss tangent(tan δ), the real and imaginary parts of electric modulus(M and M), and alternating current(AC) electrical conductivity(σ) are affected by changing voltage and frequency. The characterizations show that some main electrical parameters usually decrease with increasing frequency because charge carriers at surface states have not enough time to fallow an external AC signal at high frequencies, and all dielectric parameters strongly depend on the voltage and frequency especially in the depletion and accumulation regions. Consequently, it can be concluded that interfacial polarization and interface charges can easily follow AC signal at low frequencies.     

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.