【摘要】：印刷電子技術(shù)具有低成本、與柔性襯底兼容以及大面積等特點(diǎn),因而在很多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用。然而,由于可印刷材料的電子特性和印刷晶體管工藝精度的限制,印刷電路的工作電壓通常較高(3 V)。本論文旨在通過使用高電容(大約幾到數(shù)十μF/cm~2)的可印刷電解質(zhì)材料(即離子膠)作為柵極絕緣體來實現(xiàn)低電壓印刷電路。離子膠一般是指離子液體與三嵌段共聚物在特定溶劑中自組裝形成的膠體。通常將PS-PMMA-PS溶于含有[EMI][TFSA]的乙酸乙酯溶劑中得到相應(yīng)的離子膠。將這類離子膠材料(介電材料)和其他一些功能材料,例如半導(dǎo)體單壁碳納米管(有源層材料)、導(dǎo)電納米銀墨水和納米金墨水(柵電極材料)等,通過氣溶膠打印技術(shù)就可以在柔性襯底上構(gòu)建基于碳納米管的離子膠柵控晶體管(EGT)和電路。本論文以離子膠為介電層,以印刷雙極性碳納米管薄膜晶體管為核心開展如下三項工作,論證了印刷雙極性碳納米管薄膜晶體管可以實現(xiàn)低電壓工作和高性能邏輯門電路的應(yīng)用,并且具有優(yōu)異的輻射穩(wěn)定性。首先,我們采用電子摻雜劑添加到離子膠墨水中的方式,通過控制離子膠墨水中電子摻雜劑的濃度實現(xiàn)了對器件極性和閾值電壓的調(diào)節(jié),并在濃度為2 mM時成功獲得了高性能雙極性晶體管,基于此,我們構(gòu)建了兩類類CMOS反相器電路,其中采用兩個雙極性晶體管構(gòu)建的反相器具有良好的噪聲容限(NM_H81%/NM_L 62%,V_(DD)=0.5 V)和電壓增益(25,V_(DD)=0.5 V),且工作電壓低至0.25V時,反相器還能夠正常工作,以一個P型和雙極性晶體管構(gòu)建的類CMOS反相器更接近CMOS反相器的特性,表現(xiàn)出軌對軌的電壓傳輸特性和更低的功耗。為進(jìn)一步提升器件的穩(wěn)定性,從碳納米管的本征導(dǎo)電特性著手,我們提出了ALD技術(shù)結(jié)合印刷技術(shù)構(gòu)建高k氧化層-離子膠復(fù)合介電層的方法來實現(xiàn)高性能印刷雙極性碳納米管薄膜晶體管。實驗結(jié)果表明,這類雙極性晶體管構(gòu)建的類CMOS反相器的各項性能指標(biāo),包括電壓增益、功耗和噪聲容限等都優(yōu)于電子摻雜方法構(gòu)建的反相器。最后,考察以離子膠為介電層的器件和電路抗輻射特性。我們采用Co-60γ射線源考察了以離子膠為介電層的印刷側(cè)柵碳納米管薄膜晶體管和電路在γ射線輻射后電性能的變化情況。結(jié)果表明,以離子膠作為介電層的印刷碳納米管薄膜晶體管和電路在輻射環(huán)境下非常穩(wěn)定。在高劑量率下(560 rad/s),印刷碳納米管薄膜晶體管和電路均能在承受4 Mrad的總輻射劑量照射后保持正常工作;對于以高k氧化層-離子膠為復(fù)合介電層的晶體管和反相器電路,在經(jīng)過3 Mrad的總輻射劑量照射后電性能基本沒有變化。
【圖文】：

除此之外，印刷制造相比傳統(tǒng)工藝更加綠色環(huán)保。一方面，增材制造本身減少了原材料浪費(fèi)和因腐蝕而形成的污染排放；另一方面，印刷本身大多沒有高溫工藝環(huán)節(jié)，，這樣也能實現(xiàn)節(jié)能減排。圖1.1a和1.1b說明了傳統(tǒng)平面微納米加工與印刷加工的區(qū)別[1,2]�？傊竺娣e、柔性化、個性化、低成本、綠色環(huán)保是印刷電子制造區(qū)別于傳統(tǒng)電子制造的主要特征，也是印刷電子技術(shù)近年來蓬勃興起的重要原因。人類利用印刷術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)具有很悠久的歷史，但是印刷電子技術(shù)的快速發(fā)展到目前為止只有十年左右的歷史，主要是因為早期對印刷電子材料的開發(fā)進(jìn)展緩慢。20 世紀(jì) 70 年代興起了對有機(jī)半導(dǎo)體材料的研究，由此催生了有機(jī)電子學(xué)。人們對于有機(jī)電子學(xué)的興趣源于聚合物材料可溶液化的特性，聚合物半導(dǎo)體材料的可溶液化特性使得利用印刷電子技術(shù)批量化的制備有機(jī)電子器件成為可能。遺憾的是，印刷技術(shù)迄今也沒有成為制造有機(jī)電子器件的主流技術(shù)，主要因為溶液態(tài)的有機(jī)電子材料的電荷遷移率（charge carrier mobility

低電壓印刷雙極性碳納米管薄膜晶體管及其在類 CMOS 電路中的應(yīng)用研究兩類。其中連續(xù)噴墨的基本原理如圖 1.2 所示，墨水在壓電晶下從噴孔依靠高頻噴出連續(xù)性的墨滴，該操作在分離為單個墨墨帶電。之后在圖文信息的控制下，墨滴通過偏轉(zhuǎn)器（可使墨后以一個很高的速度噴射至目標(biāo)襯底表面，從而形成所需要的要低粘度油墨（約 10 mN·s-1），因此通常使用金屬納米顆粒油
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN321.5;TB383.1

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6 王s

本文編號：2664500