本文關(guān)鍵詞：薄膜晶體管的功能層修飾與性能關(guān)系的研究　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步使得人們的工作和生活早已和各種半導(dǎo)體電子設(shè)備相輔相成,息息相關(guān)。其中,薄膜晶體管(thin-film transistor,TFT)作為微型處理器、存儲卡、手機芯片、主動矩陣顯示器件以及其他多種電子產(chǎn)品的主要功能部件及組成部分,是當今半導(dǎo)體科技中最重要的器件之一。為了替代傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體和其他的III-V族系列半導(dǎo)體,進一步實現(xiàn)更高性能、低成本、大面積柔性化和透明化的基于TFT的半導(dǎo)體設(shè)備,各種新型半導(dǎo)體材料成為了當前新的研究方向。一方面,有機半導(dǎo)體材料以其種類多樣、方便合成、易于功能化和制備溫度低等特點,在柔性電路、傳感器和智能標簽等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。然而有機半導(dǎo)體普遍存在著穩(wěn)定性差,遷移率較低的缺點。另一方面,金屬氧化物作為一種在可見光區(qū)域具有高透明性的半導(dǎo)體或?qū)w,即使在非晶狀態(tài)也能保持相對高的遷移率和良好的穩(wěn)定性,能與柔性基板兼容,是制備全透明可彎折的下一代電子設(shè)備的必要組成部分。在平板顯示行業(yè),采用金屬氧化物TFT驅(qū)動的顯示器已經(jīng)商用化,目前高性能的金屬氧化物薄膜普遍采用真空或化學(xué)沉積方法制備,如磁控濺射、脈沖激光沉積和原子層沉積等。但是以上的沉積方法不易于制備大面積均勻的金屬氧化物薄膜,且真空設(shè)備相對昂貴,耗能高,大幅增加了制備成本。為了有效彌補有機半導(dǎo)體和金屬氧化物半導(dǎo)體的以上缺點,本論文的主要工作在于利用多種功能層修飾方法,實現(xiàn)TFT器件性能的提升,包括采用介電層改性和界面修飾制備高性能有機TFT(organic TFT,OTFT)及其功能性器件,并創(chuàng)新性地采用功能性聚合物摻雜金屬氧化物,制備高性能氧化物晶體管。本文具體研究包括如下三個部分:1.研究了功能介電層及介電層表面修飾方法對OTFT性能的影響。在介電層和酞菁銅之間引入超薄的并五苯修飾層,提升了酞菁銅的結(jié)晶性,制備了高性能的酞菁銅OTFT,并將空穴載流子遷移率從0.27×10-2 cm2/Vs提升到了0.20 cm2/Vs;采用聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇組成的聚合物復(fù)合介電層,探討了滯回現(xiàn)象與介電層的關(guān)系,并在基于并五苯的OTFT中實現(xiàn)了0~10 V的可控滯回調(diào)節(jié);引入可控的紫外臭氧處理的聚苯乙烯介電層,實現(xiàn)了對OTFT器件閾值電壓的有效調(diào)控,并依此實現(xiàn)了高性能單極反相器。2.研究了聚乙烯亞胺(PEI)摻雜對金屬氧化物TFT的性能影響。PEI摻雜不僅僅能夠阻礙薄膜的結(jié)晶,形成非晶結(jié)構(gòu),而更為重要的是,基于不同濃度的PEI摻雜,能實現(xiàn)對氧化物薄膜的電子摻雜和電子散射作用。在合適的PEI摻雜濃度下,PEI的電子摻雜作用結(jié)合電子陷阱作用以及薄膜微結(jié)構(gòu)的改變,能夠在基于氧化銦的TFT當中實現(xiàn)高達9 cm2/Vs的電子遷移率,107的開關(guān)比以及極低的-3.9~2 V的閾值電壓;而在未摻雜的氧化銦中,僅得到了4 cm2/Vs的電子遷移率。進一步的,PEI這一獨特的作用也拓展到了更加復(fù)雜的金屬氧化物體系中,如氧化銦鋅,氧化銦鎵以及氧化銦鎵鋅等。3.研究了功能介電層及其表面修飾對基于OTFT的氣體傳感器性能的影響。通過引入具有不同官能團的聚合物,包括聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚乙烯基苯酚,探討了介電層表面官能團對基于OTFT的氨氣傳感器的影響,并實現(xiàn)了具有良好回復(fù)特性及低至1 ppm探測極限的氨氣傳感器;采用紫外臭氧處理實現(xiàn)聚苯乙烯介電層的功能化,在介電層表面引入了含氧的官能團,實現(xiàn)了具有超高靈敏度的基于酞菁銅的OTFT二氧化氮傳感器。綜上所述,本工作針對基于有機和氧化物半導(dǎo)體TFT載流子遷移率偏低、穩(wěn)定性較差、制備成本高等問題,利用多種功能層修飾TFT的方法,得到了高性能的TFT,為其在光電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。
[Abstract]:A thin - film transistor ( TFT ) is used as a semiconductor or conductor with high transparency in the visible region . A polymer composite dielectric layer composed of polymethyl methacrylate and polyvinyl alcohol was used to study the relationship between hysteresis and dielectric layer .

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN321.5
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本文編號：1357396