發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 20:43

  本文關(guān)鍵詞：低壓銦鋅氧雙電層晶體管研究

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【摘要】：氧化物薄膜晶體管(Oxide Thin Film Transistors)具有高遷移率(10cm2/Vs),制備工藝都在常溫下進(jìn)行,適合大規(guī)模生產(chǎn),成本低,應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),在世界上引起了廣泛研究興趣。在眾多類型的氧化物半導(dǎo)體中,In-Ga-Zn-O (IGZO)材料作為溝道層材料,具有非常平整的表面結(jié)構(gòu),非常高的遷移率(10cm2/Vs),襯底兼容性好,無毒無污染而受到許多研究小組的關(guān)注。但是,由于IGZO-TFT柵介質(zhì)在柵電極和有源溝道之間的電容耦合比較弱,導(dǎo)致器件需要很大的柵極電壓才能驅(qū)動(dòng),不節(jié)能便攜,大大限制了應(yīng)用的空間。而且,隨著柔性電子學(xué)的發(fā)展,柔性的薄膜晶體管器件受到了越來越多的關(guān)注。最后,人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越高,使用無毒無污染的天然材料生物材料制作薄膜晶體管器件也是一個(gè)趨勢(shì)。本文中,經(jīng)過我們的探索,成功的在常規(guī)的導(dǎo)電玻璃以及新型的柔性紙張襯底上分別制備了天然雞蛋清和天然蜂蠟?zāi)闁沤橘|(zhì)的低壓調(diào)控的氧化物薄膜晶體管。我們的器件是底柵結(jié)構(gòu),分四部分組成：襯底材料分別是玻璃以及柔性紙張材料；底柵分別為150 nm厚的導(dǎo)電ITO和銀金屬薄膜；柵介質(zhì)材料是天然生物材料雞蛋清以及蜂蠟,膜厚度約5 μm最上層是IZO制備的厚度為200 nm的有源溝道和源漏電極。其中,銀金屬膜底柵是用真空熱蒸鍍工藝蒸鍍的,天然生物材料雞蛋清膜和蜂蠟?zāi)な怯眯縿蚰z機(jī)旋涂制備,IZO有源溝道和源漏電極是在溝道長(zhǎng)寬比為W (1000μm)/L (80μm)=12.5的鎳掩膜板遮擋下用一步法磁控濺射生長(zhǎng)。我們使用Keithley 2636B半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)試了器件的性能,以低壓紙張襯底蜂蠟?zāi)沤橘|(zhì)薄膜晶體管為例,它是增強(qiáng)型器件,單位面積的柵介質(zhì)電容達(dá)到了5μF/cm2,工作電壓低至2 V,器件的閾值電壓、載流子遷移率、電流開關(guān)比和亞閾值搖擺分別為0.43 V,14.6cm2/Vs,7.6×106和86mV/dec,漏電流僅為2.8nA。經(jīng)過30天的老化測(cè)試以及超過3000次的彎曲測(cè)試后閾值電壓只漂移了0.1 V,遷移率降低了15%,展示了良好的老化以及機(jī)械性能。上述結(jié)果表明,我們?cè)谑覝丨h(huán)境下制備的這種低壓天然生物材料柔性紙張襯底薄膜晶體管在下一代高性能低功耗,環(huán)境友好,柔性可彎曲的微電子器件領(lǐng)域尤其人體傳感器方面具有非常大的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：薄膜晶體管 Thin Film Transistors 低壓 氧化物半導(dǎo)體 InGaZnO_4 室溫 射頻磁控濺射
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN321.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 薄膜晶體管的發(fā)展歷史11-12
• 1.2 薄膜晶體管的基本理論12-15
• 1.2.1 薄膜晶體管的典型結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 薄膜晶體管的工作原理13
• 1.2.3 薄膜晶體管的性能參數(shù)分析13-15
• 1.3 薄膜晶體管的分類15
• 1.4 薄膜晶體管的應(yīng)用15-17
• 1.5 本文的研究背景和研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 氧化物薄膜晶體管的制備工藝和測(cè)試技術(shù)18-27
• 2.1 薄膜晶體管襯底的清洗18-19
• 2.2 薄膜制備技術(shù)19-24
• 2.2.1 化學(xué)氣相沉積技術(shù)19-21
• 2.2.2 磁控濺射沉積技術(shù)21-23
• 2.2.3 真空熱蒸發(fā)沉積技術(shù)23
• 2.2.4 溶液法制膜技術(shù)23-24
• 2.3 TFT器件測(cè)試技術(shù)24-26
• 2.3.1 半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀24-25
• 2.3.2 阻抗分析儀25-26
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)26
• 2.3.4 原子力顯微鏡(AFM)26
• 2.4 小結(jié)26-27
• 第3章 以納米SiO_2為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管27-34
• 3.1 以納米SiO_2為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管簡(jiǎn)介27
• 3.2 雙電層現(xiàn)象原理27-28
• 3.3 以納米SiO_2為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管制備步驟28-31
• 3.3.1 清洗導(dǎo)電ITO玻璃襯底28-29
• 3.3.2 使用PECVD設(shè)備沉積納米SiO_2柵介質(zhì)29-30
• 3.3.3 使用一步法磁控濺射生長(zhǎng)有源溝道和源漏電極30-31
• 3.4 以納米SiO_2為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管性能測(cè)試31-33
• 3.4.1 納米SiO_2雙電層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜測(cè)試31
• 3.4.2 以納米SiO_2為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管電學(xué)性能表征31-33
• 3.5 小結(jié)33-34
• 第4章 以雞蛋清為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管34-40
• 4.1 以雞蛋清為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管簡(jiǎn)介34
• 4.2 以雞蛋清為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管制備流程34-36
• 4.2.1 清洗導(dǎo)電ITO玻璃襯底34
• 4.2.2 使用旋涂勻膠機(jī)旋涂雞蛋清薄膜34-35
• 4.2.3 使用一步法磁控濺射生長(zhǎng)有源溝道和源漏電極35-36
• 4.3 以雞蛋清為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管的表征36-39
• 4.3.1 雞蛋清柵介質(zhì)薄膜表征36-37
• 4.3.2 以雞蛋清為柵介質(zhì)的IZO雙電層薄膜晶體管電學(xué)性能表征37-39
• 4.4 小結(jié)39-40
• 第5章 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管40-49
• 5.1 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管簡(jiǎn)介40
• 5.2 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管制作流程40-43
• 5.2.1 使用熱蒸發(fā)工藝在紙張表面蒸鍍銀膜41
• 5.2.2 使用旋涂勻膠機(jī)旋涂蜂蠟薄膜41-42
• 5.2.3 使用一步法磁控濺射生長(zhǎng)有源溝道和源漏電極42-43
• 5.3 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管的表征43-48
• 5.3.1 紙張襯底蜂蠟?zāi)沤橘|(zhì)表征43-45
• 5.3.2 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管電學(xué)性能表征45-46
• 5.3.3 以蜂蠟為柵介質(zhì)的IZO柔性紙張薄膜晶體管機(jī)械及老化性能表征46-48
• 5.4 小結(jié)48-49
• 總結(jié)49-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)55-56
• 致謝56-57

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