近年,采用具有雙電層效應(yīng)的電解質(zhì)材料作為氧化鋅薄膜晶體管（ZnO-TFT）的柵介質(zhì),因可以極大地降低TFT器件的工作電壓而受到廣泛關(guān)注。本文采用無毒、易降解的殼聚糖作為ZnO-TFT的柵介質(zhì)制備出基于殼聚糖柵介質(zhì)的ZnO-TFT,對其電學(xué)特性、神經(jīng)仿生特性及穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究。研究了基于該器件的反相器電路,最后對ZnO-TFT的電特性進(jìn)行了優(yōu)化研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）以殼聚糖為柵介質(zhì),濺射的氧化鋅為有源層,制備出ZnO-TFT,器件的載流子遷移率為2.12 cm²/Vs,閾值電壓為1.06 V,開關(guān)電流比為5×10⁴,亞閾值擺幅僅為135mV/Dec,工作電壓可低至1 V。超低工作電壓主要來源于殼聚糖柵介質(zhì)層界面雙電層效應(yīng)的形成,所對應(yīng)的MIS電容器在低頻50 Hz下單位面積電容(C_OX)高達(dá)11.2μF/cm²。（2）研究了殼聚糖ZnO-TFT的神經(jīng)仿生特性和穩(wěn)定性。在神經(jīng)仿生特性測試中,器件很好地模擬了生物突觸的短程性特征;在常柵壓應(yīng)力作用下,該器件呈現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性,主要表現(xiàn)為... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Weimer等制作的器件（左）和Brody等制作的AMLCD，附圖為放大圖（右）

中使用到的電解質(zhì)材料：殼聚糖和雞蛋清，下面以殼聚糖為形成的原理。圖 1-5（a）是殼聚糖和水的化學(xué)反應(yīng)方程式，酸中的 H+使得該可逆反應(yīng)傾向于向右移動(dòng)，生成了許多的質(zhì)被外場偏置時(shí)，一些質(zhì)子化氨基將去質(zhì)子化，如圖 1-5（b）過跳躍機(jī)制從一個(gè)氧原子移動(dòng)到另一個(gè)氧原子[40, 41]。殼聚糖氫離子通過這種機(jī)制遷移形成的。雞蛋清薄膜雙電層形成的中的氨基酸殘基和 H2O 反應(yīng)產(chǎn)生了可移動(dòng)的 H+，這些 H+在相同的機(jī)制進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而遷移到界面形成雙電層。（a）殼聚糖和水化學(xué)反應(yīng)方程式

圖 1-6（a）為基于納米 SiO2顆粒作柵介質(zhì)的 TFT 用作于 pH 傳感器。這種雙電層TFT 的工作電壓低至 1.5 V，遷移率高達(dá) 20 cm2/Vs。在不同的 pH 待測溶液下，TFT 的性能發(fā)生規(guī)律性的變化。TFT 的閾值電壓與溶液 pH 之間具有 0.999 的線性度和 58.1mV/pH 的靈敏度。（a）基于雙電層 TFT 的 PH 傳感器示意圖 （b）TFT 的轉(zhuǎn)移特性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]室溫下濺射法制備高遷移率氧化鋅薄膜晶體管[J]. 劉玉榮,黃荷,劉杰.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2017(07)
[2]SmartSpice在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 竇建華,潘敏,郭銘銘.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2007(01)
[3]L-MBE法制備以ZnO為溝道層的薄膜晶體管[J]. 張新安,張景文,楊曉東,婁輝,劉振玲,張偉風(fēng),侯洵.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2006(06)

博士論文
[1]金屬氧化物薄膜晶體管器件的穩(wěn)定性研究[D]. 李民.華南理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]金屬氧化物TFT在數(shù)字集成電路中的應(yīng)用研究[D]. 李冠明.華南理工大學(xué) 2016



本文編號：2964630