以驻极体为栅介质的柔性低压IGZO薄膜晶体管的研究

发布时间：2020-04-05 23:02

【摘要】：基于氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)由于其良好的电学特性和易于制备的优势而获得了研究人员的极大关注,例如此类器件通常具有较高的迁移率(10 cm2V-1s-1),高透明特性,可低温制造,生产成本低廉,以及能够进行大面积工业生产等优势。特别需要注意的是制备在诸如纸张、聚合物塑料、金属箔等柔性衬底上的氧化物薄膜晶体管,由于具备被用在柔性电子器件上的可能性而受到极大的关注。然而,无论是传统器件还是柔性器件,都面临着大电压运作和高功耗的问题,特别是对于柔性器件而言,获得稳定的机械性能也是实现其柔性应用的关键所在。在本论文中,我们的主要工作是制备一种低压薄膜晶体管并且探索其柔性功能的实现。非晶铟镓锌氧(a-IGZO)半导体具有许多优点,如高场效应迁移率,良好的稳定性,兼容当前的制造工艺和对结构变形的不敏感特性等,因而被选作为器件的沟道材料。ITO导电玻璃和镀有Ag的纸张被选作为衬底,用以制备普通器件和柔性器件。此外,我们创新性地使用聚合物驻极体作为栅介质,主要考虑到该类材料通常具有良好的柔韧性和静电极化效应,利用极化效应可以在低栅极电压条件下在半导体沟道层中诱导出高密度载流子以实现器件的低压运作。首先,我们在普通ITO玻璃上利用聚乙烯醇(PVA),一种聚合物驻极体作为栅介质制备a-IGZO TFT,以探究使用此类驻极体材料制备低压器件的可能性和相关实验路线。实验表明以PVA为栅介质的IGZO薄膜晶体管具有良好的低电压工作特性,场效应迁移率高达43 cm2V-1s-1,阈值电压为1.03 V,亚阈值摆幅为132 mV/decade,以及较大的开关比1.03×106。这证明以PVA为代表的聚合物驻极体可被用作栅介质以制作低压TFT。接下来,我们在纸张衬底上利用氧化石墨烯(GO)增强的PVA驻极体薄膜作为栅介质制备了柔性低压a-IGZO TFT。柔性器件表征出良好的性能,具有更高开关比(～1.8×107),更低的亚阈值摆幅(106 mV/decade)和阈值电压(0.79 V),场效应迁移率也高达42 cm2V-1s-1。另外,由于氧化石墨烯的机械性能增强效果,这些柔性TFT在经历了不同程度和时间的弯曲操作后依然表现出良好的器件性能。最后,我们也探索了柔性器件的反相器及其动态响应特性。我们的研究和结果表明,聚合物驻极体和其复合材料具有制备低压氧化物TFT的巨大潜力,并且能够很好地实现柔性特性。我们的研究对于下一代低成本纸张电子器件的发展具有重要意义。
【图文】：

栅顶,顶接,薄膜晶体管,有源层

图１－２－１薄膜晶体管四种常见的结构，从左到右依次是底栅顶接触，底栅底接触，逡逑顶栅顶接触，顶栅底接触［２７］逡逑图１－２－１为薄膜晶体管的典型器件结构。根据栅极、有源层以及源、漏电极逡逑不同堆砌顺序，氧化物薄膜晶体管的器件结构可以划分为底／顶栅和底／顶接触逡逑干种不同的组合，一般可分为图示的四种基本结构：底栅顶接触，底栅底接触，逡逑栅顶接触，顶栅底接触。同时根据器件的基本结构，可以引入不同的薄膜层以逡逑到不同器件保护或者制备流程优化的目的，比如在源、漏电极图形化过程中，逡逑常采用湿法刻蚀，然而刻蚀液容易对有源层造成损伤，为了消除这一损伤，常逡逑用的做法是，如若器件采用顶接触结构则在有源层的上方再引入一层刻蚀阻挡层，，逡逑当然这一步骤的引入往往需要增加一道光刻顺序，一定程度上造成工艺成本和复逡逑杂度的增加。逡逑，一。，

薄膜晶体管,线性区,饱和区,栅介质

南京大学硕士研究生论文对于顶栅器件，底栅器件栅介质的界面形貌会对有源层的沉积生响，所以此类器件往往对于栅介质界面的表面形貌有着较高的要于底栅结构的薄膜晶体管，其通常会具有较为优异的栅介质表在制备不同的器件过程中，需要充分考虑薄膜材料的性质以及对以满足不同器件结构的要求。逡逑晶体管的工作原理逡逑０．８邋—？—Ｉ—＞—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—－—Ｉ—逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5

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