三维构架硅纳米线生长定位集成及其薄膜晶体管的制备
发布时间：2020-08-04 16:33
【摘要】：信息技术的发展代表着科学技术的发展,是人类面临的量子式的跃进。其中,显示技术作为信息传递的重要载体,因其强大的信息交流能力和广泛的综合应用性受到学业界的密切关注和研究。平板显示凭借轻薄、高性能、低功耗、寿命长且环保等诸多优点在显示市场中占据着绝对的主导地位,下一代发展趋势是大尺寸、高清化、智能化和柔性化。传统的非晶硅材料因迁移率较低而多晶硅材料制备工艺复杂、激光晶化成本高等特点难以满足下一代显示技术低成本和大电流驱动要求,限制了其进一步发展,为此寻找新的薄膜材料将是一个重要的突破方向。近年来,低维半导体材料应用在薄膜晶体管上展现出良好的电学特性,但自定位问题一直限制着其规模化发展。与此同时,摩尔定律的发展不仅仅影响着微电子领域,对于大面积电子器件而言也是一个挑战,在未来高集成度和3D架构将成为显示领域研究热点。硅纳米线凭借其独特的一维结构(与介质层电容耦合最大化)、优越的光电特性、输运特性以及与现代硅工艺技术兼容等特性,有望成为下一代新型薄膜材料。但自定位集成一直以来是一个棘手的难题。本论文所采用的一种全新的平面固-液-固(IPSLS)纳米线生长技术可以实现硅纳米线在平面上直接自定位集成,从而减少了“自上而下”刻蚀技术带来的高额成本以及降低气-液-固(VLS)方式将竖直纳米线转移到平面上的操作难度,为硅纳米线在大面积电子器件应用中提供了思路。与此同时利用台阶退蚀技术,将硅纳米线的集成度提高到8NW/μm,基于此组装的三维硅纳米线薄膜晶体管呈现出开关比大于107,空穴迁移率达到60cm2/Vs,漏电流为10-13A的良好电学性能,对硅纳米线薄膜晶体管在下一代显示领域应用具有深远意义。总体来说本论文创新点具体如下:1、采用IPSLS纳米线生长模式精确调控纳米线的生长,实现了大面积、自定位硅纳米线的平面引导生长,其成功率高达90%。2、通过台阶退蚀技术,实现高密度硅纳米线的制备,相邻纳米线间距可达百纳米,且不需使用任何高分辨率光刻技术。3、首次实现了硅纳米线在三维空间上的可控集成,并制备了基于高密度硅纳米线的薄膜晶体管。为自组装硅纳米线在未来三维薄膜晶体管中的应用提供了理论和技术指导。
【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
【图文】：
性能越做越好，价格越做越低。ＴＦＴ薄膜材料也在更新换代，从非晶硅到逡逑多晶硅再到铟镓锌氧，甚至二维材料，纳米线。显示方式也百花齐放，如透明显逡逑示和柔性显示（图１．２）邋，邋ＴＦＴ－ＬＣＤ今朝辉煌，未来可期。逡逑、一—0逡逑』．邋＇零？逡逑琴．■邋＾＿逡逑图１．２柔性显示在生活中的应用逡逑１．２．２邋ＴＦＴ－ＬＣＤ的基本结构及原理逡逑如图１．３所示，ＴＦＴ－ＬＣＤ的结构主要包括以下四个部分：背光源单元、面板逡逑单元、驱动电路单元和外框。外框通常由金属材料组成，作用是将背光源和面板逡逑３逡逑
第一章绪论逦吴小样逦南京大学硕士毕业论文逡逑以及驱动电路（Ｏｐｅｎ邋Ｃｅｌｌ）固定起来，保护显示屏的玻璃边缘。面板单元是逡逑ＴＦＴ－ＬＣＤ里的核心部件，负责显示成像功能，包含ＴＦＴ基板，彩膜（Ｃｏｌｏｒ邋Ｆｉｌｔｅｒ，逡逑ＣＦ）基板，偏光板和液晶，如图１．４所示。驱动电路单元和面板单元相联，包括逡逑驱动芯片、印刷电路板接续基板等，主要作用是通过调节电压来满足所需背光源逡逑入射光的大小。而背光源的作用则是给ＴＦＴ－ＬＣＤ提供光源，由发光源、光学膜逡逑片、胶框组成。在面板单元中偏光板通过滤光作用可以获得特定方向的光线，经逡逑过液晶分子的扭转作用，控制射出显示屏的光线亮度，从而达到控制画面明暗程逡逑度的作用。而液晶分子的扭转来源于加在液晶上的像素电压，这一像素电压又由逡逑ＴＦＴ基板上的ＴＦＴ所控制。在ＣＦ基板上，一个像素由三个子像素组成，分别是逡逑红色Ｒ、绿色Ｇ、蓝色Ｂ。通过液晶层的入射光可以调节三个子像素的光亮，三逡逑个子像素互相配合来显示不同的颜色［７］。逡逑
图１．５是ＴＦＴ－ＬＣＤ的等效电路图，从图中可以看到ＴＦＴ－ＬＣＤ是一个矩阵单逡逑元，横向加扫描线，纵向加数据线。扫描线控制ＴＦＴ的栅极，用来决定ＴＦＴ是逡逑否选通，源信号线连接ＴＦＴ的源极对液晶电容进行充电。当加在Ｇ极和Ｓ极的逡逑电压Ｖｇｓ大于阀值电压Ｖｔｈ时，源极和漏极导通，液晶电容充电，达到显示效果；逡逑当Ｖｇ小于阀值电压Ｖｔｈ的时候，ＴＦＴ开关断开，液晶电容保持充电电压到下一逡逑扫描周期。对于？？个阵列单元来说，当所有ＴＦＴ栅极相连的行线Ｇ，加高电平脉逡逑冲时，连接在Ｇ，上的ＴＦＴ全部被选通，图像信号经缓冲器同步加在ＴＦＴ源端相逡逑连的纵线上（Ｓｌ－Ｓｎ），选通的ＴＦＴ将信号电荷加在液晶像素上。Ｇｉ每帧被选通逡逑一次，Ｓｌ－Ｓｎ每行都要被选通。液晶像素一端与ＴＦＴ漏极相连，另一端与彩膜基逡逑板上的公共电极相连，可以等效为一电容。当ＴＦＴ选通时，ＴＦＴ提供开电流给逡逑液晶像素充电，液晶像素即加上了电压信号，信号的大小决定了显示的内容。与逡逑此同时，为了增加信号存储时间，提供一个存储电容与液晶像素并联，这样就可逡逑一
【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
【图文】：
性能越做越好，价格越做越低。ＴＦＴ薄膜材料也在更新换代，从非晶硅到逡逑多晶硅再到铟镓锌氧，甚至二维材料，纳米线。显示方式也百花齐放，如透明显逡逑示和柔性显示（图１．２）邋，邋ＴＦＴ－ＬＣＤ今朝辉煌，未来可期。逡逑、一—0逡逑』．邋＇零？逡逑琴．■邋＾＿逡逑图１．２柔性显示在生活中的应用逡逑１．２．２邋ＴＦＴ－ＬＣＤ的基本结构及原理逡逑如图１．３所示，ＴＦＴ－ＬＣＤ的结构主要包括以下四个部分：背光源单元、面板逡逑单元、驱动电路单元和外框。外框通常由金属材料组成，作用是将背光源和面板逡逑３逡逑
第一章绪论逦吴小样逦南京大学硕士毕业论文逡逑以及驱动电路（Ｏｐｅｎ邋Ｃｅｌｌ）固定起来，保护显示屏的玻璃边缘。面板单元是逡逑ＴＦＴ－ＬＣＤ里的核心部件，负责显示成像功能，包含ＴＦＴ基板，彩膜（Ｃｏｌｏｒ邋Ｆｉｌｔｅｒ，逡逑ＣＦ）基板，偏光板和液晶，如图１．４所示。驱动电路单元和面板单元相联，包括逡逑驱动芯片、印刷电路板接续基板等，主要作用是通过调节电压来满足所需背光源逡逑入射光的大小。而背光源的作用则是给ＴＦＴ－ＬＣＤ提供光源，由发光源、光学膜逡逑片、胶框组成。在面板单元中偏光板通过滤光作用可以获得特定方向的光线，经逡逑过液晶分子的扭转作用，控制射出显示屏的光线亮度，从而达到控制画面明暗程逡逑度的作用。而液晶分子的扭转来源于加在液晶上的像素电压，这一像素电压又由逡逑ＴＦＴ基板上的ＴＦＴ所控制。在ＣＦ基板上，一个像素由三个子像素组成，分别是逡逑红色Ｒ、绿色Ｇ、蓝色Ｂ。通过液晶层的入射光可以调节三个子像素的光亮，三逡逑个子像素互相配合来显示不同的颜色［７］。逡逑
图１．５是ＴＦＴ－ＬＣＤ的等效电路图，从图中可以看到ＴＦＴ－ＬＣＤ是一个矩阵单逡逑元，横向加扫描线，纵向加数据线。扫描线控制ＴＦＴ的栅极，用来决定ＴＦＴ是逡逑否选通，源信号线连接ＴＦＴ的源极对液晶电容进行充电。当加在Ｇ极和Ｓ极的逡逑电压Ｖｇｓ大于阀值电压Ｖｔｈ时，源极和漏极导通，液晶电容充电，达到显示效果；逡逑当Ｖｇ小于阀值电压Ｖｔｈ的时候，ＴＦＴ开关断开，液晶电容保持充电电压到下一逡逑扫描周期。对于？？个阵列单元来说，当所有ＴＦＴ栅极相连的行线Ｇ，加高电平脉逡逑冲时，连接在Ｇ，上的ＴＦＴ全部被选通，图像信号经缓冲器同步加在ＴＦＴ源端相逡逑连的纵线上（Ｓｌ－Ｓｎ），选通的ＴＦＴ将信号电荷加在液晶像素上。Ｇｉ每帧被选通逡逑一次，Ｓｌ－Ｓｎ每行都要被选通。液晶像素一端与ＴＦＴ漏极相连，另一端与彩膜基逡逑板上的公共电极相连，可以等效为一电容。当ＴＦＴ选通时，ＴＦＴ提供开电流给逡逑液晶像素充电，液晶像素即加上了电压信号，信号的大小决定了显示的内容。与逡逑此同时，为了增加信号存储时间，提供一个存储电容与液晶像素并联，这样就可逡逑一
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本文编号：2780804
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