基于电解质栅介质ZnO-TFT的研究

发布时间：2021-01-08 12:52

　　近年,采用具有双电层效应的电解质材料作为氧化锌薄膜晶体管（ZnO-TFT）的栅介质,因可以极大地降低TFT器件的工作电压而受到广泛关注。本文采用无毒、易降解的壳聚糖作为ZnO-TFT的栅介质制备出基于壳聚糖栅介质的ZnO-TFT,对其电学特性、神经仿生特性及稳定性进行了深入研究。研究了基于该器件的反相器电路,最后对ZnO-TFT的电特性进行了优化研究。主要研究内容和结果如下:（1）以壳聚糖为栅介质,溅射的氧化锌为有源层,制备出ZnO-TFT,器件的载流子迁移率为2.12 cm²/Vs,阈值电压为1.06 V,开关电流比为5×10⁴,亚阈值摆幅仅为135mV/Dec,工作电压可低至1 V。超低工作电压主要来源于壳聚糖栅介质层界面双电层效应的形成,所对应的MIS电容器在低频50 Hz下单位面积电容(C_OX)高达11.2μF/cm²。（2）研究了壳聚糖ZnO-TFT的神经仿生特性和稳定性。在神经仿生特性测试中,器件很好地模拟了生物突触的短程性特征;在常栅压应力作用下,该器件呈现出一定的不稳定性,主要表现为... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Weimer等制作的器件（左）和Brody等制作的AMLCD，附图为放大图（右）

中使用到的电解质材料：壳聚糖和鸡蛋清，下面以壳聚糖为形成的原理。图 1-5（a）是壳聚糖和水的化学反应方程式，酸中的 H+使得该可逆反应倾向于向右移动，生成了许多的质被外场偏置时，一些质子化氨基将去质子化，如图 1-5（b）过跳跃机制从一个氧原子移动到另一个氧原子[40, 41]。壳聚糖氢离子通过这种机制迁移形成的。鸡蛋清薄膜双电层形成的中的氨基酸残基和 H2O 反应产生了可移动的 H+，这些 H+在相同的机制进行运动，从而迁移到界面形成双电层。（a）壳聚糖和水化学反应方程式

图 1-6（a）为基于纳米 SiO2颗粒作栅介质的 TFT 用作于 pH 传感器。这种双电层TFT 的工作电压低至 1.5 V，迁移率高达 20 cm2/Vs。在不同的 pH 待测溶液下，TFT 的性能发生规律性的变化。TFT 的阈值电压与溶液 pH 之间具有 0.999 的线性度和 58.1mV/pH 的灵敏度。（a）基于双电层 TFT 的 PH 传感器示意图 （b）TFT 的转移特性

【参考文献】：
期刊论文
[1]室温下溅射法制备高迁移率氧化锌薄膜晶体管[J]. 刘玉荣,黄荷,刘杰.  发光学报. 2017(07)
[2]SmartSpice在电路设计中的应用[J]. 窦建华,潘敏,郭铭铭.  现代电子技术. 2007(01)
[3]L-MBE法制备以ZnO为沟道层的薄膜晶体管[J]. 张新安,张景文,杨晓东,娄辉,刘振玲,张伟风,侯洵.  半导体学报. 2006(06)

博士论文
[1]金属氧化物薄膜晶体管器件的稳定性研究[D]. 李民.华南理工大学 2014

硕士论文
[1]金属氧化物TFT在数字集成电路中的应用研究[D]. 李冠明.华南理工大学 2016



本文编号：2964630