【摘要】：薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFT)是各種集成電路中最基本的元器件。相比于傳統(tǒng)TFT,柔性TFT器件以其廉價(jià)、質(zhì)量輕、可彎曲、功耗低、能大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近幾年的努力,柔性TFT的性能已經(jīng)得到了顯著提升,且在柔性顯示、電子打印、傳感器、大規(guī)模集成電路和數(shù)碼通訊等領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展。然而柔性襯底粗糙度大,柔性器件制備工藝復(fù)雜,柔性TFT性能穩(wěn)定性差等問(wèn)題需要解決。本文通過(guò)旋涂工藝制備出平整度較高的柔性襯底,使用真空蒸發(fā)沉積和磁控濺射沉積鍍膜工藝,在柔性襯底上制備出柔性TFT器件。主要研究了柔性襯底制備工藝,介電層和退火對(duì)器件電學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容如下:首先,為了解決柔性襯底粗糙度大的問(wèn)題,制備出粗糙度小的柔性襯底材料。采用聚酰亞胺(polyimide,PI)溶液為原料,用旋涂的工藝,在玻璃上制備出與柔性器件兼容的聚二甲基硅氧烷(PDMS)緩沖層,在緩沖層上旋涂聚酰亞胺溶液,經(jīng)過(guò)退火處理,制備出了柔性聚酰亞胺襯底。研究了旋涂速率與聚酰亞胺薄膜厚度的關(guān)系,確定較佳旋涂速率為3000r/min,厚度為5.4um,并對(duì)襯底的斷面形貌和表面粗糙度進(jìn)行了表征,粗糙度(RMS)為 0.5nm。其次,利用真空蒸發(fā)沉積鍍膜工藝制備出型柔性Dinaphtho[2,3-b:2',3'-f]thieno[3,2-b]thiophene(DNTT)小分子TFT器件。通過(guò)對(duì)比氧化鋁介電層與氧化鋁和磷酸碳十四烷分子自組裝單層膜(SAM)復(fù)合介電層的粗糙度以及對(duì)柔性器件的性能影響,證明復(fù)合介電層有更小的粗糙度,且對(duì)柔性器件性能有一定的提升。通過(guò)增加氧化鋁的厚度,研究了不同介電層厚度對(duì)器件的性能影響,確定較厚的復(fù)合介電層能有效改善器件性能。研究了柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)退火后的性能變化,通過(guò)將柔性器件在N2中退火處理,確定了較佳退火溫度為70℃左右,器件遷移率達(dá)到0.99cm2V-1s-1。最后,為了制備高性能的柔性有機(jī)-無(wú)極異質(zhì)結(jié)TFT器件,我們用磁控濺射沉積鍍膜工藝,在常溫下制備了柔性銦鎵鋅氧化物(α-IGZO)薄膜晶體管,然后將α-IGZO與有機(jī)小分子結(jié)合,采用垂直結(jié)構(gòu),不進(jìn)行任何界面修飾,將DNTT小分子直接蒸鍍?cè)讦?IGZO薄膜上,制備了垂直結(jié)構(gòu)的高性能柔性有機(jī)-無(wú)極異質(zhì)結(jié)TFT。器件電子與空穴的遷移率分別為3.50 cm2V-1S-1和0.36 cm2V-1s-1。對(duì)沉積的α-IGZO表面的形貌進(jìn)行了表征,測(cè)試了柔性α-IGZO/DNTT異質(zhì)結(jié)器件在電子增強(qiáng)和空穴增強(qiáng)模式下載流子的輸運(yùn)特性,并解釋了其載流子輸運(yùn)機(jī)理。
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN386
【圖文】：

在源極和漏極兩端加一定的電壓，感應(yīng)電荷就會(huì)流動(dòng)起來(lái)，大大降低了半導(dǎo)體溝道的電逡逑阻，使器件正常工作。逡逑如圖１．２所示器件結(jié)構(gòu)圖（有源層材料為ｐ型）。當(dāng)源極和柵極兩端施加負(fù)壓ＶＣＳ時(shí)，逡逑空穴由源極向半導(dǎo)體中注入，在絕緣層－有源層界面會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電荷。隨著Ｖｏｓ數(shù)值的增逡逑２逡逑

面附近電子的濃度時(shí)，有源層內(nèi)形成導(dǎo)電溝道。此時(shí)柵極相應(yīng)的電壓即閾值電壓，符號(hào)逡逑ＶＴ。當(dāng)柵壓ＶＣＳ＞ＶＴ時(shí)，溝道中的載流子均勻分布。當(dāng)源漏間的電壓ＶＤＳ？ＶＣＳ－ＶＴ時(shí)，逡逑電荷密度呈現(xiàn)出圖１．２邋（ａ）所示分布，由源極到漏極線性減小，此時(shí)漏極的電流ＩＤＳ與逡逑ＶＤＳ正相關(guān)，該區(qū)域被稱(chēng)為晶體管的線性區(qū)。當(dāng)源漏電壓正大到ＶＤＳ＝ＶＧ－ＶＴ時(shí)，ＶＧＳ二０，逡逑柵漏兩端的電勢(shì)相等，半導(dǎo)體層被誘導(dǎo)出的感應(yīng)電荷為零，漏極區(qū)域出現(xiàn)耗盡區(qū)，電荷逡逑密度分布如圖１．２邋（ｂ）所示。當(dāng)ＶＵＳ＞ＶＣＳ－ＶＴ時(shí)夾斷點(diǎn)向源極移動(dòng)，漏極電流達(dá)到飽和，逡逑該區(qū)域被稱(chēng)為飽和區(qū)。如圖丨．２邋（ｃ）所示場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作示意圖。逡逑鰈？邐？逡逑ｍｍ＂＂＂＿邐／逡逑榦邐Ｉｄ邐／逡逑；？極邐／邋ＶＤＳ？ＶＧＳ－ＶＴ逡逑Ｈ藏邐／逡逑？邐ｒ、邐Ｖｄ逡逑（ａ）逡逑典樹(shù)邐ｌｕｍ邋？逡逑Ｉｄ邐／逡逑／邋ＶＤＳ＝ＶＧＳ－ＶＴ逡逑ＨＫ邐／逡逑？邐Ｖｄ逡逑（ｂ）逡逑ｉ邋＿邋？極邐ＩＭｔＨ邐？逡逑，＿＿＿＿Ｉ逡逑＃＊？邐｜0邋廠逡逑岕邐／邋ｖＤＳ＞ｖＧ－ｖＴ逡逑Ｗｔｔ邐／逡逑？邐Ｖｄ逡逑（ｃ）逡逑圖１．２Ｖｔ；ｓ—定時(shí)，不同工作狀態(tài)下］ＤＳ與ＶＤＳ的關(guān)系曲線。逡逑（ａ）為線性區(qū)，（ｂ）為溝道夾斷點(diǎn)，（ｃ）為１％飽和區(qū)逡逑３逡逑

近年來(lái)隨著人們對(duì)高性能半導(dǎo)體材料的追求，越來(lái)越多的新材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，逡逑從氧化鋅到銦鎵鋅氧化物，從并五苯到納米碳管。隨著半導(dǎo)材料的性能與穩(wěn)定性的，半逡逑導(dǎo)體器件的變化也日新月異。如圖１．３所示一些常見(jiàn)的有機(jī)半導(dǎo)體分子結(jié)構(gòu)圖。逡逑＼邋＃逡逑并五苯邐Ｃ６0逡逑ｃｏｐｃｏ邐務(wù)逡逑ＤＮＴＴ邐Ｃｇ－ＢＴＢＴ逡逑圖１．３常見(jiàn)有機(jī)半導(dǎo)體的分子結(jié)構(gòu)圖逡逑１．７柔性薄膜晶體管相關(guān)應(yīng)用逡逑柔性薄膜晶體管器件以其廉價(jià)、質(zhì)量輕、可彎曲、功耗低、能大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)成逡逑為研宄的熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近幾年的努力，柔性晶體管器件的性能己經(jīng)得到了顯著提升。而且逡逑其在柔性顯示，電子打印，傳感器，大規(guī)模集電路有著極大的潛力柔性０ＦＥＴ的成本，逡逑加工溫度低，質(zhì)量輕，具有柔性可穿戴等特點(diǎn)。目前己經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在柔性顯示器，逡逑柔性傳感器等領(lǐng)域中。逡逑６逡逑

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