【摘要】：離子耦合效應(yīng)為凝聚態(tài)物質(zhì)電學(xué)性能的研究提供了一個新的思路。在采用離子液電解質(zhì)作為柵介質(zhì)的薄膜晶體管中,離子液電解質(zhì)中的離子可以在外電場的作用下發(fā)生漂移,并且在電解質(zhì)/電極界面處誘導(dǎo)產(chǎn)生厚度僅為1nm左右的雙電層,其雙電層電容通常1μF/cm~2。這一雙電層電容通常比常規(guī)柵介質(zhì)的電容高幾個數(shù)量級,因此這類晶體管的工作電壓較小,通常都低于2 V,其在低功耗傳感、便攜式電子器件等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。殼聚糖是自然界第二豐富的氨基多糖高分子材料,在其分子結(jié)構(gòu)中存在β-(1-4)-D-氨基葡萄糖基團和N-乙酰-D-氨基葡萄糖基團,目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及化工等行業(yè)中。另外殼聚糖的分子鏈上存在著大量的游離氨基,當(dāng)其溶解于稀酸溶液時會質(zhì)子化,這些質(zhì)子在適當(dāng)條件下可以自由遷移,具有制備成高性能質(zhì)子導(dǎo)體膜的潛力,因此殼聚糖薄膜在薄膜晶體管中有著一定的應(yīng)用價值。有鑒于此,我們采用殼聚糖薄膜作為柵介質(zhì),研制了氧化物雙電層薄膜晶體管,并且探索了其在低工作電壓反相器方面的應(yīng)用,具體工作如下:(1)配制了殼聚糖和醋酸的混合水溶液,并采用旋涂工藝結(jié)合后續(xù)處理獲得殼聚糖固態(tài)電解質(zhì)薄膜。采用阻抗分析儀測試表明,制備的殼聚糖薄膜的在室溫下的質(zhì)子導(dǎo)電率高達(dá)3×10~（-3 ）S?cm~（-1）,同時其雙電層電容高達(dá)~4-7μF?cm~（-2）;然后采用殼聚糖薄膜作為柵介質(zhì),并采用磁控濺射工藝研制了氧化銦鋅(InZnO)雙電層薄膜晶體管(EDL TFT)。器件的電學(xué)性能使用keithley 4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀在大氣環(huán)境中進行測試,結(jié)果顯示了器件的工作電壓僅為1 V,器件的開關(guān)比高達(dá)107,亞閾值斜率僅為~65 mv?dec~（-1）,閾值電壓為-0.28 V;進一步測試表明,器件在低達(dá)1.0 V的工作電壓下具有很好的電學(xué)穩(wěn)定性;最后,器件的瞬態(tài)響應(yīng)測試表明殼聚糖柵介質(zhì)的InZnO EDL-TFT的工作模式為質(zhì)子調(diào)控雙電層機制。(2)將制作的InZnO EDL TFT與一定阻值的電阻串聯(lián),獲得了低壓電阻負(fù)載型反相器。測試了Vdd為0.5 V~3 V時的反相器電壓轉(zhuǎn)移特性曲線,結(jié)果表明,反相器在低工作電壓下具有較高的電壓增益:在Vdd=0.5 V時,電壓增益~3.6,在Vdd=3 V時,電壓增益~20,且電壓增益值與Vdd呈線性依賴關(guān)系。然后測試了反相器的動態(tài)響應(yīng)行為,結(jié)果表明反相器可以在10 Hz的頻率下工作。最后將反相器用于噪音信號處理,實現(xiàn)了降噪功能。(3)在殼聚糖柵介質(zhì)InZnO EDL TFT上引入一個共平面柵電極,獲得了具有雙柵結(jié)構(gòu)的InZnO雙電層薄膜晶體管,實現(xiàn)了器件閾值電壓和工作模式的有效調(diào)控。實驗結(jié)果表明,當(dāng)共平面柵極電壓由+2 V增加到-2 V時,器件的工作模式得到了有效調(diào)控,閾值電壓由~-0.4 V增加到~0.1 V。進一步將雙柵器件用于電阻負(fù)載型反相器,利用共平面柵的調(diào)控效應(yīng),實現(xiàn)了反相器高低電平切換電壓的有效調(diào)控。并在共平面柵壓為-2 V時,獲得了平衡噪音容限。本論文研究結(jié)果表明,殼聚糖薄膜具有較大的室溫質(zhì)子電導(dǎo)率,且具有極強的雙電層電容效應(yīng),采用其作為柵介質(zhì)獲得了具有優(yōu)異性能的氧化物雙電層薄膜晶體管,EDL TFT在低壓反相器方面的應(yīng)用表明了其在便攜式電子產(chǎn)品以及低功耗傳感器等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN321.5;TB383.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 余平;任雪勇;肖清泉;張晉敏;;磁控濺射真空制膜技術(shù)[J];貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

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1 陸愛霞;低壓雙電層氧化物薄膜晶體管的研究[D];湖南大學(xué);2011年

本文編號：2776573