【摘要】：近年來,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)革命般的改變了我們的生活,但是傳統(tǒng)的硬質(zhì)器件已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)一些在醫(yī)療、通信、國防等領(lǐng)域中非平整的工作環(huán)境下的要求,因此對于具有良好彎曲延展特性的柔性器件的需求應(yīng)運(yùn)而生。但是常見的有機(jī)柔性材料的電學(xué)特性相比無機(jī)半導(dǎo)體材料要差很多,如果可以把硅基器件與柔韌彎曲性能優(yōu)良的柔性襯底相結(jié)合,就可實(shí)現(xiàn)高性能無機(jī)器件的柔性可彎曲。其中MOS結(jié)構(gòu)是微電子器件中最重要的結(jié)構(gòu),對于硅基柔性電容的研究,可以使傳統(tǒng)無機(jī)系統(tǒng)適用于非平面工作環(huán)境,適用于更加寬泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本文著重介紹了基于柔性襯底的硅基柔性MOS電容的器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)印關(guān)鍵工藝步驟的優(yōu)化以及不同彎曲情況下的電容特性等方面展開研究。本文從以下三個(gè)方面開展了研究工作:(1)本文對器件的設(shè)計(jì)過程包括電容器件的版圖設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)。版圖設(shè)計(jì)主要包括的刻蝕孔以及適用于翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)印工藝的版圖設(shè)計(jì)。工藝方面包括,對于硅基功能薄膜層的反應(yīng)離子刻蝕,犧牲層的選擇性濕法刻蝕,以及選擇使用翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)印的方法將硅功能薄膜層轉(zhuǎn)印PET柔性襯底上。通過原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡的觀測表明獲得的硅基功能薄膜層表面完整光滑。(2)本文首先對SOI外延片進(jìn)行汞探針測試,確定硅功能層的摻雜濃度。對電容進(jìn)行平整狀態(tài)下和在不同曲率半徑的彎曲模具上進(jìn)行C-V和I-V測試。平整狀態(tài)下,電容的平帶電壓V_(FB)約為-1.1 V,與理想平帶電壓相差較大,證明柵介質(zhì)層中大量氧化層固定電荷的存在。之后對彎曲狀態(tài)下進(jìn)行C-V測試。隨著電容彎曲的曲率半徑的減小,器件上的拉伸應(yīng)力增加,電容的閾值電壓和平帶電壓發(fā)生了明顯的負(fù)向漂移,這主要是由于柵介質(zhì)層產(chǎn)生拉伸形變從而導(dǎo)致了其等效厚度減小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)回滯電壓發(fā)生了略微減小的變化,通過計(jì)算可以得到氧化層固定電荷密度受外界應(yīng)力影響不大,氧化層陷阱電荷密度會(huì)出現(xiàn)減小,界面陷阱密度會(huì)呈現(xiàn)增大趨勢,從而影響柔性MOS電容的穩(wěn)定性;在凹面情況下,隨著壓縮應(yīng)力逐漸增大,由于柵介質(zhì)層發(fā)生壓縮形變,閾值電壓和平帶電壓均會(huì)發(fā)生正向漂移,回滯電壓減小,計(jì)算得到的柵介質(zhì)層中的各種非理想電荷與平整狀態(tài)的電容相比均有減小的現(xiàn)象,這一點(diǎn)是由于凹面的柵氧化層電容值變小而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果發(fā)生了偏差。(3)本文最后以6#樣品為例,對硅基MOS電容的單位面積電流進(jìn)行研究。并發(fā)現(xiàn)柔性電容的漏電流會(huì)基本上呈現(xiàn)隨著彎曲程度的增大而減小,這主要是由于柵氧化層的陷阱電荷減小而造成的。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386
【圖文】：

第一章 緒論3圖1.1 柔性電子器件在非平整環(huán)境中的應(yīng)用除此之外，傳統(tǒng)的硬質(zhì)器件離不開非常厚的脆質(zhì)外延層材料最為支撐，一旦受到一定的外力作用，外延層材料十分容易發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致器件損壞；但是如果使用價(jià)格低廉的柔性有機(jī)材料作為器件的替換硬質(zhì)外延層作為支撐，不但可以使制成的系統(tǒng)承受一定范圍的外界應(yīng)力，提高器件的可靠性，更可以降低器件制作工藝的成本，減少對半導(dǎo)體材料的消耗。僅 2016 年亞洲的電子廢棄垃圾產(chǎn)生量已達(dá)到了 1820 萬公噸[16]，專家預(yù)測：由于亞洲消費(fèi)者器件的使用比例正在巨幅增長，不遠(yuǎn)的將來大量淘汰的電子產(chǎn)品中所含的大量不必要的半導(dǎo)體材料所帶來的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)將會(huì)成為非常嚴(yán)重的問題。因此對于柔性無機(jī)電子系統(tǒng)的研究就顯得至關(guān)重要，必將對人類的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著近年來可轉(zhuǎn)印的單晶硅薄膜的發(fā)展，各種柔性襯底上的基于納米薄膜的場效應(yīng)晶體管被研制出來

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.2 基于柔性襯底的電感和 MIM 平板電容1.4 論文的主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排本文主要研究不同曲率半徑的彎曲程度，即外界施加的不同的應(yīng)力對硅基柔性MOS 電容的界面特性和電流的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種垂直結(jié)構(gòu)的柔性 MOS 電容，器件結(jié)構(gòu)為 Au/Ti/HfO2/Al2O3/Si/Au。研究內(nèi)容涉及柔性器件制作工藝流程、材料特性表征和 MOS 電容的電學(xué)特性。論文共五章，具體內(nèi)容安排如下：第一章重點(diǎn)介紹了論文的研究意義，背景以及研究內(nèi)容。介紹了當(dāng)前傳統(tǒng)硬質(zhì)襯底上的無機(jī)器件在應(yīng)用上遇到的瓶頸，引出發(fā)展柔性器件的意義，在比較無機(jī)柔性器件在相較于有機(jī)柔性器件所具備的優(yōu)越性后，提出將無機(jī)器件與有機(jī)柔性襯底相結(jié)合的解決方案，并列舉出國內(nèi)外對柔性無機(jī)器件的研究現(xiàn)狀。對于柔性無機(jī)器件的研究，MOS 結(jié)構(gòu)的研究是研究柔性無機(jī)器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

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本文編號(hào)：2740539