【摘要】：基于氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管(TFT)由于其良好的電學(xué)特性和易于制備的優(yōu)勢而獲得了研究人員的極大關(guān)注,例如此類器件通常具有較高的遷移率(10 cm2V-1s-1),高透明特性,可低溫制造,生產(chǎn)成本低廉,以及能夠進(jìn)行大面積工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)勢。特別需要注意的是制備在諸如紙張、聚合物塑料、金屬箔等柔性襯底上的氧化物薄膜晶體管,由于具備被用在柔性電子器件上的可能性而受到極大的關(guān)注。然而,無論是傳統(tǒng)器件還是柔性器件,都面臨著大電壓運(yùn)作和高功耗的問題,特別是對于柔性器件而言,獲得穩(wěn)定的機(jī)械性能也是實(shí)現(xiàn)其柔性應(yīng)用的關(guān)鍵所在。在本論文中,我們的主要工作是制備一種低壓薄膜晶體管并且探索其柔性功能的實(shí)現(xiàn)。非晶銦鎵鋅氧(a-IGZO)半導(dǎo)體具有許多優(yōu)點(diǎn),如高場效應(yīng)遷移率,良好的穩(wěn)定性,兼容當(dāng)前的制造工藝和對結(jié)構(gòu)變形的不敏感特性等,因而被選作為器件的溝道材料。ITO導(dǎo)電玻璃和鍍有Ag的紙張被選作為襯底,用以制備普通器件和柔性器件。此外,我們創(chuàng)新性地使用聚合物駐極體作為柵介質(zhì),主要考慮到該類材料通常具有良好的柔韌性和靜電極化效應(yīng),利用極化效應(yīng)可以在低柵極電壓條件下在半導(dǎo)體溝道層中誘導(dǎo)出高密度載流子以實(shí)現(xiàn)器件的低壓運(yùn)作。首先,我們在普通ITO玻璃上利用聚乙烯醇(PVA),一種聚合物駐極體作為柵介質(zhì)制備a-IGZO TFT,以探究使用此類駐極體材料制備低壓器件的可能性和相關(guān)實(shí)驗(yàn)路線。實(shí)驗(yàn)表明以PVA為柵介質(zhì)的IGZO薄膜晶體管具有良好的低電壓工作特性,場效應(yīng)遷移率高達(dá)43 cm2V-1s-1,閾值電壓為1.03 V,亞閾值擺幅為132 mV/decade,以及較大的開關(guān)比1.03×106。這證明以PVA為代表的聚合物駐極體可被用作柵介質(zhì)以制作低壓TFT。接下來,我們在紙張襯底上利用氧化石墨烯(GO)增強(qiáng)的PVA駐極體薄膜作為柵介質(zhì)制備了柔性低壓a-IGZO TFT。柔性器件表征出良好的性能,具有更高開關(guān)比(～1.8×107),更低的亞閾值擺幅(106 mV/decade)和閾值電壓(0.79 V),場效應(yīng)遷移率也高達(dá)42 cm2V-1s-1。另外,由于氧化石墨烯的機(jī)械性能增強(qiáng)效果,這些柔性TFT在經(jīng)歷了不同程度和時(shí)間的彎曲操作后依然表現(xiàn)出良好的器件性能。最后,我們也探索了柔性器件的反相器及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。我們的研究和結(jié)果表明,聚合物駐極體和其復(fù)合材料具有制備低壓氧化物TFT的巨大潛力,并且能夠很好地實(shí)現(xiàn)柔性特性。我們的研究對于下一代低成本紙張電子器件的發(fā)展具有重要意義。
【圖文】：

圖１－２－１薄膜晶體管四種常見的結(jié)構(gòu)，從左到右依次是底柵頂接觸，底柵底接觸，逡逑頂柵頂接觸，頂柵底接觸［２７］逡逑圖１－２－１為薄膜晶體管的典型器件結(jié)構(gòu)。根據(jù)柵極、有源層以及源、漏電極逡逑不同堆砌順序，氧化物薄膜晶體管的器件結(jié)構(gòu)可以劃分為底／頂柵和底／頂接觸逡逑干種不同的組合，一般可分為圖示的四種基本結(jié)構(gòu)：底柵頂接觸，底柵底接觸，逡逑柵頂接觸，頂柵底接觸。同時(shí)根據(jù)器件的基本結(jié)構(gòu)，可以引入不同的薄膜層以逡逑到不同器件保護(hù)或者制備流程優(yōu)化的目的，比如在源、漏電極圖形化過程中，逡逑常采用濕法刻蝕，然而刻蝕液容易對有源層造成損傷，為了消除這一損傷，常逡逑用的做法是，如若器件采用頂接觸結(jié)構(gòu)則在有源層的上方再引入一層刻蝕阻擋層，，逡逑當(dāng)然這一步驟的引入往往需要增加一道光刻順序，一定程度上造成工藝成本和復(fù)逡逑雜度的增加。逡逑，一。，

南京大學(xué)碩士研究生論文對于頂柵器件，底柵器件柵介質(zhì)的界面形貌會(huì)對有源層的沉積生響，所以此類器件往往對于柵介質(zhì)界面的表面形貌有著較高的要于底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，其通常會(huì)具有較為優(yōu)異的柵介質(zhì)表在制備不同的器件過程中，需要充分考慮薄膜材料的性質(zhì)以及對以滿足不同器件結(jié)構(gòu)的要求。逡逑晶體管的工作原理逡逑０．８邋—？—Ｉ—＞—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—－—Ｉ—逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN321.5

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