目前,（PEA）₂SnI₄是二維有機無機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜場效應(yīng)晶體管中研究最廣泛的溝道材料,其主要問題是空氣中Sn²⁺氧化和鈣鈦礦薄膜難與常用聚合物介電層兼容。針對上述問題,本論文圍繞二維（PEA）₂SnI₄薄膜特性調(diào)控及其場效應(yīng)晶體管的性能,開展了系統(tǒng)而深入的研究工作,主要內(nèi)容為以下四部分:1.選擇合適的聚合物介電材料,使用溶液法制備聚合物底柵介電層的（PEA）₂SnI₄薄膜場效應(yīng)晶體管。（1）選擇聚乙烯醇（PVA）作為柵極介電層,較薄的交聯(lián)聚對乙烯苯酚（CL-PVP）薄膜修飾PVA,解決了（PEA）₂SnI₄的溶劑對聚合物的腐蝕問題。此雙層介電層（PVA/CL-PVP）具有均勻光滑的表面、較低的表面極性,同時保持較高的電容和較低的漏電流。（2）制備了基于PVA/CL-PVP的底柵結(jié)構(gòu)（PEA）₂SnI₄場效應(yīng)晶體管。室溫空氣中,器件工作模式... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：176 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖:(a)底柵頂接觸(b)底柵底接觸(c)頂柵頂接觸(d)頂柵底接觸。

從場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)可以看出,場效應(yīng)晶體管最本質(zhì)的工作原理是基于一個柵極-介電層-半導(dǎo)體層電容(MIS電容)。當柵、源之間施加電壓(Vg)時,電荷會在介電層與半導(dǎo)體層的界面處積累,從而形成導(dǎo)電溝道,相當于平板電容器的一個極板,而柵極相當于另一個極板。此時源、漏電極之間再施加電壓(Vd)時,就會在源漏電極之間產(chǎn)生電流Ids。通過調(diào)節(jié)Vg,可以調(diào)節(jié)介電層中的電場強度,而隨著電場強度的不同,導(dǎo)電通道中感應(yīng)電荷的密度也不同。同時調(diào)節(jié)Vd,進而可以調(diào)控源漏電極間的電流Ids。在場效應(yīng)晶體管中,施加正負不同的柵壓和源漏電壓,會改變導(dǎo)電溝道中的載流子的類型和密度以及形成的溝道電流。以氧化物介電層場效應(yīng)晶體管為例,在柵壓和源漏電壓調(diào)控下表現(xiàn)為四種工作模式[26,27]:空穴積累、空穴耗盡、電子積累和電子耗盡,如圖1-2所示[27]。無機場效應(yīng)晶體管一般在反型模式下工作,而有機場效應(yīng)晶體管一般工作在積累模式。本章節(jié)中,我們以理想的空穴型器件(P型)為例,即金屬柵極和半導(dǎo)體間無功函數(shù)差、介電層中無電荷且完全絕緣以及半導(dǎo)體/介電層界面不存在任何界面態(tài),詳細說明場效應(yīng)晶體管的積累和耗盡工作模式。

在場效應(yīng)晶體管中,施加正負不同的柵壓和源漏電壓,會改變導(dǎo)電溝道中的載流子的類型和密度以及形成的溝道電流。以氧化物介電層場效應(yīng)晶體管為例,在柵壓和源漏電壓調(diào)控下表現(xiàn)為四種工作模式[26,27]:空穴積累、空穴耗盡、電子積累和電子耗盡,如圖1-2所示[27]。無機場效應(yīng)晶體管一般在反型模式下工作,而有機場效應(yīng)晶體管一般工作在積累模式。本章節(jié)中,我們以理想的空穴型器件(P型)為例,即金屬柵極和半導(dǎo)體間無功函數(shù)差、介電層中無電荷且完全絕緣以及半導(dǎo)體/介電層界面不存在任何界面態(tài),詳細說明場效應(yīng)晶體管的積累和耗盡工作模式。在p型場效應(yīng)晶體管工作時,負柵極電壓的施加會產(chǎn)生與溝道垂直的電場,進而導(dǎo)致介電材料界面處的半導(dǎo)體能級結(jié)構(gòu)彎曲變化、空穴在界面處的積累與耗盡,如圖1-3所示。隨著柵壓的變化,界面處半導(dǎo)體的能級發(fā)生三種不同的變化:(1)當柵壓為零時,因為沒有電場,半導(dǎo)體能級處于平帶狀態(tài),如圖1-3(a)所示;(2)當柵壓為負時,晶體管中存在由源電極指向柵極的電場,使得接近介電層處的半導(dǎo)體能帶向上彎曲,因此在界面極薄的半導(dǎo)體內(nèi)積累空穴,形成導(dǎo)電溝道,如圖1-3(b)所示,當施加源漏電壓時,積累的空穴會定向運動,形成電流,這就對應(yīng)于場效應(yīng)晶體管的空穴積累工作模式;(3)當柵壓為正時,晶體管中存在由柵極指向源電極的電場,使得界面處半導(dǎo)體的能級向下彎曲,在介電層與半導(dǎo)體層界面極薄的半導(dǎo)體內(nèi)積累電子,如圖1-3(c)所示,同時半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子空穴耗盡,這就對應(yīng)于場效應(yīng)晶體管的空穴耗盡工作模式。


本文編號：3526553