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。     

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。     

高迁移率非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究

由于铟镓锌氧化物(IGZO) 薄膜具有高迁移率和高透过率的特点, 它作为有源层被广泛的应用于薄膜晶体管(TFT). 本文利用磁控溅射方法制备了TFT的有源层IGZO和源漏电极, 用简单低成本的掩膜法控制沟道的尺寸, 制备了具有高迁移率、底栅结构的n型非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管 (IGZO-TFT). 利用X 射线衍射仪(XRD) 和紫外可见光分光光度计分别测试了IGZO薄膜的衍射图谱和透过率图谱, 研究了IGZO薄膜的结构和光学特性. 通过测试IGZO-TFT的输出特性和转移特性曲线, 讨论了IGZO有源层厚度对IGZO-TFT特性的影响. 制备的IGZO-TFT器件的场效应迁移率高达15.6 cm²·V^-1·s^-1, 开关比高于10⁷. 关键词： 非晶铟镓锌氧化物 薄膜晶体管 有源层     

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。     

溶胶凝胶法制备以HfO2为绝缘层和ZITO为有源层的高迁移率薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了h-k氧化铪HfO₂薄膜, 经500℃退火后, 获得了高透过率、表面光滑、低漏电流和相对高介电常数的HfO₂薄膜. 并采用氧化铪作为绝缘层和锌铟锡氧化物作为有源层成功地制备了底栅顶接触结构薄膜晶体管器件. 获得的薄膜晶体管器件的饱和迁移率大于100 cm²·V^-1·s^-1, 阈值电压为-0.5 V, 开关比为5×10⁶, 亚阈值摆幅为105 mV/decade. 表明采用溶胶凝胶制备的薄膜晶体管具备高的迁移率, 其迁移率接近低温多晶硅薄膜晶体管的迁移率.     

退火温度对溶胶-凝胶法制备锌锡氧化物薄膜晶体管的影响

采用溶胶-凝胶法制备了非晶锌锡氧化物(ZTO)薄膜晶体管(TFT),通过热重-差热分析(TG-DTA)对ZTO胶体中的化学反应进行了分析,研究了不同退火温度对ZTO TFTs性能的影响。结果表明:当退火温度在300~500℃范围内时,薄膜为非晶态结构,薄膜表面致密、平整。当退火温度达到400℃时,薄膜在可见光范围内具有高透过率(>85%)。随着退火温度的升高,器件阈值电压明显降低,由15.85 V降至3.76 V,载流子迁移率由0.004 cm²·V^-1·s^-1提高到5.16 cm²·V^-1·s^-1,开关电流比达到10⁵。退火温度的升高明显改善了ZTO TFT的电学性能。     

高灵敏度Sb基量子阱2DEG的霍尔器件

用分子束外延技术将高灵敏度的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件赝配生长在GaAs衬底上。设计了由双δ掺杂构成的Hall器件的新结构,有效地提高了器件的面电子浓度。与传统的没有掺杂的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件相比,室温下器件电子迁移率从15 000 cm²·V^-1·s^-1 提高到16 000 cm²·V^-1·s^-1。AFM测试表明材料有好的表面形态和结晶质量。从77 K 到300 K对Hall器件进行霍尔测试,结果显示器件不同温度范围有不同散射机构。双δ掺杂结构形成高灵敏度、高二维电子气（2DEG）浓度的InAs/AlSb异质结Hall器件具有广阔的应用前景。     

基于聚(4-乙烯基苯酚)衬底修饰层喷墨打印的小分子有机半导体薄膜制备和表征

采用旋涂法预先在SiO₂衬底表面形成一层聚（4-乙烯基苯酚）（PVP）作为表面修饰层,以喷墨打印的6,13-双（三异丙基甲硅烷基乙炔基）并五苯（TIPS并五苯）作为有源层制作有机薄膜晶体管,有效改善了有机半导体薄膜的形貌。采用真空热蒸镀工艺制备源漏电极,形成底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管（OTFT）器件。作为对比,在未经过表面修饰的SiO₂衬底上采用相同条件打印TIPS并五苯薄膜晶体管,发现在经过PVP修饰的SiO₂衬底上打印的单点厚度更均匀,咖啡环效应被抑制或被消除;而通过多点交叠打印形成的矩形薄膜的晶粒尺寸更大,相应的OTFT器件具有更高的场效应迁移率。在有PVP修饰层的衬底上制作的OTFT,器件在饱和区的平均场效应迁移率达到了0.065 cm²·V^-1·s^-1;而直接在SiO₂衬底上制作的器件,相应的平均场效应迁移率仅为0.02 cm²·V^-1·s^-1。     

非晶铟镓锌氧薄膜晶体管钼/铜源漏电极的研究

针对非晶铟镓锌氧薄膜晶体管（a-IGZO TFT）的钼/铜源漏电极开展研究。实验证明,单层Mo源漏电极与栅绝缘层之间的粘附性好、表面粗糙度较小、电阻率较大,而单层Cu源漏电极与栅绝缘层之间的结合性差且Cu原子扩散问题严重、表面粗糙度较大、电阻率较小。为了实现优势互补,我们设计了双层Mo（20 nm）/Cu（80 nm）源漏电极,并采用优化工艺制备了包含该电极结构的a-IGZO TFT。器件具有良好的电学特性,场效应迁移率为 8.33 cm²·V^-1·s^-1, 阈值电压为6.0 V,亚阈值摆幅为2.0 V/dec,开关比为 1.3×10⁷,证明了双层Mo/Cu源漏电极的可行性和实用性。     

负电荷层对a-IGZO TFT阈值电压的影响

采用脉冲直流磁控溅射的方式沉积In-Ga-Zn-O (IGZO)膜层作为TFT的有源层.在TFT沟道处的有源层和绝缘层的界面上, 通过溅射法制作一定厚度的负电荷层对阈值电压(V_th)进行调制, 使得V_th由-3.8 V升高至-0.3 V, 器件由耗尽型向增强型转变.通过增加Al₂O₃作为负电荷层, 可有效地将V_th控制在0 V附近, 并且提高其器件稳定性, 得到较好的电学特性:电流开关比I_on/I_off>10⁹, 亚阈值摆幅SS为0.2 V/dec, 阈值电压V_th为-0.3 V, 迁移率μ为9.2 cm² /(V·s).     

SiOx interlayer to enhance the performance of InGaZnO-TFT with AlOx gate insulator

We have fabricated indium–gallium–zinc (IGZO) thin film transistor (TFT) using SiO_x interlayer modified aluminum oxide (AlO_x) film as the gate insulator and investigated their electrical characteristics and bias voltage stress. Compared with IGZO-TFT with AlO_x insulator, IGZO-TFT with AlO_x/SiO_x insulator shows superior performance and better bias stability. The saturation mobility increases from 5.6 cm²/V s to 7.8 cm²/V s, the threshold voltage downshifts from 9.5 V to 3.3 V, and the contact resistance reduces from 132 Ωcm to 91 Ωcm. The performance improvement is attributed to the following reasons: (1) the introduction of SiO_x interlayer improves the insulator surface properties and leads to the high quality IGZO film and low trap density of IGZO/insulator interface. (2) The better interface between the channel and S/D electrodes is favorable to reduce the contact resistance of IGZO-TFT.     

用反应溅射法沉积SiO_x绝缘层的InGaZnO-TFT的光照稳定性(英文)

制备了基于反应溅射SiOx绝缘层的InGaZnO-TFT,并系统地研究了InGaZnO-TFT在白光照射下的稳定性,主要涉及到光照、负偏压、正偏压、光照负偏压和光照正偏压5种情况。结果表明,器件在光照和负偏压光照下的阈值偏移较大,而在正偏压光照情况下的阈值偏移几乎可以忽略。采用C-V方法证明阈值电压漂移是源于绝缘层/有源层附近及界面处的缺陷。另外,采用指数模式计算了缺陷态的弛豫时间。本研究的目的就是揭示InGaZnO-TFT在白光照射和偏压下的不稳定的原因。     

Ta2O5绝缘层厚度对ZnO基薄膜晶体管器件性能的影响

报道了不同厚度TaO5栅绝缘层对氧化锌薄膜晶体管器件性能的影响.在室温下用射频磁控溅射分别制备了100,85,60,40 nm厚度的Ta2O5薄膜作为绝缘层的一组底栅氧化锌薄膜晶体管器件.从实验结果可以得出如下结论:随着Ta2O5栅绝缘层厚度的增加,相应器件的场效应迁移率下降,其数值分别是50.5,59.3,63.8,...     

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。     

具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al₂O₃栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(L_g)为2 μm,栅宽(W_g)为0.9 mm(0.45 mm×2),栅极和源极(L_gs)之间的距离为5 μm,栅极和漏极(L_gd)之间的距离为10 μm。在栅压为－20 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为－20~+12 V。在栅压V_gs=+10 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm (W_g=0.9 mm), 特征导通电阻为4 mΩ·cm²。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V,开启与关断电流比达到了5×10⁸。当V_ds=7 V时,器件的峰值跨导为42 mS/mm (W_g=0.9 mm,V_gs=+10 V)。在V_gs=0 V时,栅漏间距为10 μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V,关断泄露电流为0.025 mA/mm。     

具有高开启/关断电流比的Al2O3/AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

采用原子层淀积(ALD)方法,制备了Al₂O₃为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT)。在栅压为-20 V时,MOS-HEMT的栅漏电比Schottky-gate HEMT的栅漏电低4个数量级以上。在栅压为+2 V时,Schottky-gate HEMT的栅漏电为191μA;在栅压为+20 V时,MOS-HEMT的栅漏电仅为23.6 nA,比同样尺寸的Schottky-gate HEMT的栅漏电低将近7个数量级。AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅压摆幅达到了±20 V。在栅压V_gs=0 V时, MOS-HEMT的饱和电流密度达到了646 mA/mm,相比Schottky-gate HEMT的饱和电流密度(277 mA/mm)提高了133%。栅漏间距为10μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT器件在栅压为+3 V时的最大饱和输出电流达到680 mA/mm,特征导通电阻为1.47 mΩ·cm²。Schottky-gate HEMT的开启与关断电流比仅为10⁵,MOS-HEMT的开启与关断电流比超过了10⁹,超出了Schottky-gate HEMT器件4个数量级,原因是栅漏电的降低提高了MOS-HEMT的开启与关断电流比。在V_gs=-14 V时,栅漏间距为10μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为640 V,关断泄露电流为27μA/mm。     

Al_2O_3薄层修饰SiN_x绝缘层的IGZO-TFTs器件的性能研究

采用原子层沉积工艺(ALD)生长均匀致密的三氧化二铝(Al2O3)薄层对氮化硅(Si Nx)绝缘层进行修饰,研究了铟镓锌氧薄膜晶体管(IGZO-TFTs)器件的性能。当Al2O3修饰层厚度为4 nm时,绝缘层-有源层界面的最大缺陷态密度相比于未修饰器件降低了17.2%,器件性能得到显著改善。场效应迁移率由1.19 cm2/(V·s)提高到7.11 cm2/(V·s),阈值电压由39.70 V降低到25.37 V,1 h正向偏压应力下的阈值电压漂移量由2.19 V减小到1.41 V。     

Normally-off AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors with in-situ AlN gate insulator

AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors (HFETs) with p-GaN cap layer are developed for normally-off operation, in which an in-situ grown AlN layer is utilized as the gate insulator. Compared with the SiN_x gate insulator, the AlN/p-GaN interface presents a more obvious energy band bending and a wider depletion region, which helps to positively shift the threshold voltage. In addition, the relatively large conduction band offset of AlN/p-GaN is beneficial to suppress the gate leakage current and enhance the gate breakdown voltage. Owing to the introduction of AlN layer, normally-off p-GaN capped AlGaN/GaN HFET with a threshold voltage of 4 V and a gate swing of 13 V is realized. Furthermore, the field-effect mobility is approximately 1500 cm²·V^-1·s^-1 in the 2DEG channel, implying a good device performance.     

不同绝缘层上生长的并五苯薄膜及其OTFT器件性能的研究

分别以SiO₂和PMMA为绝缘层材料制备了底栅顶接触结构的OTFT器件,得到以PMMA为绝缘层的器件具有更好的性能,其场效应迁移率为0.207 cm2·Vs-1,开关电流比为4.93×103,阈值电压为-4.3 V;而以SiO₂为绝缘层的器件,其场效应迁移率仅为0.039 cm2·Vs-1,开关电流比为5.98×102,阈值电压为-5.4 V。为分析器件性能差异的原因,测得了SiO₂和PMMA薄膜表面的AFM图谱及其上沉积并五苯薄膜后的AFM和XRD图谱。通过AFM图谱发现PMMA表面较SiO₂表面粗糙度小,其表面粗糙度的均方根值为0.216 nm,而二氧化硅薄膜表面粗糙度的均方根值为1.579 nm;且发现在PMMA上生长的并五苯薄膜的成膜质量优于在SiO₂,具有较大的晶粒尺寸和较少的晶粒间界。通过XRD图谱发现在PMMA上生长的并五苯薄膜具有明显的衍射峰,进一步证明了在PMMA上生长的并五苯薄膜具有更好的结晶状况,将更有利于载流子的传输。     

Improved Performance of Organic Thin Film Transistor with an Inorganic Oxide/Polymer Double-Layer Insulator

We employ the Ta2Os/PVP （poly-4-vinylphenol） double-layer gate insulator to improve the performance of pentacene thin-film transistors. It is found that the double-layer insulator has low leakage current, smooth surface and considerably high capacitance. Compared to Ta205 insulator layers, the device with the Ta2Os/PVP doublelayer insulator exhibits an enhancement of the field-effect mobility from 0.21 to 0.54 cm2/Vs, and the decreasing threshold voltage from 4.38 V to -2.5 V. The results suggest that the Ta2Os/PVP double-layer insulator is a potential gate insulator for fabricating OTFTs with good electrical performance.