薄膜晶體管作為集成電路的基本元器件之一,廣泛應(yīng)用于平板顯示、智能傳感器、反相器等領(lǐng)域。其中的非晶薄膜晶體管,特別是非晶銦鎵鋅氧(IGZO)TFTs,以低工作電壓、高電流開關(guān)比、大面積制備一致性好、制備溫度低且工藝廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。但是IGZO含有酸溶性的Ga_2O_3和ZnO,在濕法刻蝕中容易受到影響,導(dǎo)致器件穩(wěn)定性較差。因此需要研究不含Ga和Zn的非晶半導(dǎo)體材料。而銦鎢氧氧化物(IWO)不溶于一般的酸性溶劑,且已經(jīng)用于太陽能電池、有機(jī)發(fā)光器件及氧化物TFTs中。此外,隨著便攜式電子設(shè)備的快速發(fā)展,普遍要求TFTs器件及相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)簡單且工作電壓及功耗較低。因此部分研究者提出了雙電層晶體管(EDLTs),其柵介質(zhì)為可在外電場下形成雙電層的電解質(zhì)材料。EDLTs的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低、遷移率高等。目前關(guān)于雙電層晶體管的研究集中于材料、器件結(jié)構(gòu)及器件性能,關(guān)于其在電路中的應(yīng)用較少。本文主要研究以非晶IWO為溝道材料的雙電層薄膜晶體管,探究其在簡單施密特觸發(fā)器電路中的潛在應(yīng)用,主要的內(nèi)容及結(jié)果包含:1.利用PECVD、RF-MS等真空技術(shù),制備基于納米二氧化硅固態(tài)電解質(zhì)的IWO雙電層薄膜晶體管和基于殼聚糖柵介質(zhì)的柔性IWO雙電層薄膜晶體管。2.基于納米二氧化硅固態(tài)電解質(zhì)的IWO雙電層薄膜晶體管具有底柵結(jié)構(gòu)及雙側(cè)柵結(jié)構(gòu)。底柵IWO器件性能良好,工作電壓低于2V,閾值電壓約為0.17V,電流開關(guān)比、場效應(yīng)遷移率、亞閾值擺幅分別為3.6*10~7,5.9 cm~2V~(-1)s~(-1),107 mV/decade。基于底柵IWO-TFTs的施密特觸發(fā)器可在低電壓下工作且功耗較低。同時(shí)展示了簡單施密特觸發(fā)器對三角波信號的暫態(tài)響應(yīng)曲線。基于雙側(cè)柵IWO-TFTs的施密特觸發(fā)器,是雙電層器件首次實(shí)現(xiàn)回滯可調(diào)控的施密特觸發(fā)器。3.基于殼聚糖柵介質(zhì)的柔性IWO-TFTs性能良好,閾值電壓為0.30V。該柔性IWO-TFTs器件的開關(guān)比、場效應(yīng)遷移率、亞閾值擺幅分別為1.92*10~7,3.1 cm~2V~(-1)s~(-1),75.2mV/decade。基于柔性IWO-TFTs的施密特觸發(fā)器同樣可在低電壓下工作且功耗較低。綜上,兩種IWO雙電層晶體管均性能良好,且能構(gòu)建簡單施密特觸發(fā)器電路。本文為雙電層晶體管的應(yīng)用提供了新的思路,基于此類器件的簡單施密特觸發(fā)器電路有潛力應(yīng)用于噪聲過濾、智能傳感器及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN321.5
【部分圖文】：

都是依靠場效應(yīng)原理調(diào)控溝道層，但是氧化物ＴＦＴｓ是通過電子累積形成溝道層，??而ｎ型ＦＥＴ是通過ｐ型襯底上形成的ｎ型溝道達(dá)到反型層。??圖１－１為ｎ型ＴＦＴｓ的工作原理圖，此圖中源極接地，漏極和柵極均加正偏??壓。如圖ｌ－ｌ（ａ），當(dāng)柵極電壓特別小時(shí)（ＶＧＳ？ＶＴＨ），柵介質(zhì)／半導(dǎo)體層界面沒有??電子積累，因此源、漏極之間沒有電流，器件處于未開啟狀態(tài)。??逐漸增大柵極電壓，當(dāng)其增至閾值電壓時(shí)（Ｖ〇ｓ＝ＶＴＨ），我們可以將ＴＦＴｓ看成??以柵介質(zhì)為介質(zhì)的平行板電容器。自由電子在電場的作用下移動，電子積累層在??柵介質(zhì)／半導(dǎo)體層界面產(chǎn)生。源漏極之間的橫向電場使注入電子積累層的源極電??３??

為了評估ＴＦＴｓ器件的電學(xué)性能，場效應(yīng)迀移率（（ｉＦＥ）、電流開關(guān)比（Ｉ０Ｎ／０ＦＦ）、??閾值電壓（ＶＴＨ）、亞閾值擺幅（ＳＳ）等是常用的特征參數(shù)。這些參數(shù)均能由ＴＦＴ的轉(zhuǎn)??移特性曲線及輸出特性曲線計(jì)算得出，圖１－２是典型的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性??曲線［１］。??場效應(yīng)遷移率〇ｉＦＥ）??目前，最常用來確定載流子遷移率的方法是霍爾效應(yīng)，得到的是霍爾遷移率。??一般來說，器件的載流子遷移率受到材料本身散射機(jī)制的影響。但是ＴＦＴ中的載??流子遷移率不同于其在半導(dǎo)體中的固有遷移率，因?yàn)樗苌⑸錂C(jī)制的影響遠(yuǎn)小于??柵壓的調(diào)控作用。按照Ｓｃｈｒｏｄｅｒ的觀點(diǎn)，ＴＦＴｓ中的載流子遷移率計(jì)算方式可以分??為有效遷移率、飽和遷移率、場效應(yīng)遷移率，每種計(jì)算方式都有優(yōu)缺點(diǎn)。最常用??的是場效應(yīng)遷移率（也稱為線性遷移率）。在單位電場下，載流子的平均漂移速??度定義為場效應(yīng)遷移率。一般通過公式１－１計(jì)算確定場效應(yīng)遷移率：??ＭｆＥ?＝?／＾ｌｉｎ?＝?—?１－１??Ｗ－Ｃ０Ｘ－ＶＤＳ?ｄＶＧＳ??公式１－１中，Ｌ和Ｗ分別表示溝道的長度和寬度，ＶＤＳ為源漏電壓。ＶＣＳ為??柵極電壓

ＴＦＴｓ主要由柵極層，柵介質(zhì)層，半導(dǎo)體層，源、漏電極在襯底上堆疊組成，??襯底一般分為玻璃和柔性襯底。對于氧化物ＴＦＴｓ而言，其半導(dǎo)體層一般為氧化??物。圖１－３為ＴＦＴｓ的典型結(jié)構(gòu)示意圖［２３１，其中圖（ａ）和圖（ｂ）為底柵（Ｂｏｔｔｏｍ?Ｇａｔｅ，??ＢＧ）器件的結(jié)構(gòu)圖，其余為頂柵（Ｔｏｐ?Ｇａｔｅ，?ＴＧ）器件的結(jié)構(gòu)圖。每一種結(jié)構(gòu)都有優(yōu)??缺點(diǎn)，頂柵器件一般用于需要外延生長半導(dǎo)體層，難以制備底電極的情況。同時(shí)??７??
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本文編號：2872831