金属氧化物纳米纤维的焊接及其在场效应晶体管中的应用研究
发布时间：2021-08-23 18:36
金属氧化物纳米纤维由于其特殊的物理和电学性质,已经引起了人们的广泛关注,它们在场效应晶体管（FETs）制备方面具有广阔的应用前景。近年来,已经有多种制备金属氧化物纳米纤维的方法相继被研发,如气相法、液相法和模板法等。在这些方法中,静电纺丝由于其独特的优点,包括相对较低的制造成本、高通量和大规模制造的可能性等被认为是最具优势的一种纤维制备工艺。此外,静电纺丝可用于制备各种纳米纤维（例如有机物、无机物和复合材料）。金属氧化物纳米纤维基FETs已经被广泛地研究,但现阶段仍有一些问题有待解决,包括:（1）堆叠的纳米纤维之间结合处的接触性差以及纳米纤维与衬底之间的附着力差;（2）形成金属氧化物的退火温度过高;（3）急需寻找无铟的代替材料。为了解决以上问题,得到高性能的金属氧化物纳米纤维FETs,本论文进行了以下研究:1.自焊接低温制备金属氧化物纳米纤维及其在电子器件中的应用。实验以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为聚合物,环氧树脂为添加剂,利用静电纺丝技术制备了氧化铟（In2O3）纳米纤维。由于PMMA优异的化学性能,实验最终在相对较低的退火温度下制备了具...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FET的发展历程
青岛大学硕士学位论文4直到21世纪，金属氧化物薄膜晶体管的研究才开始并逐渐得到重视。2003年Nomura首次采用InGaO3(ZnO)5作为有源层材料研制成功了高性能TFT。同时，工业领域中杜邦公司在柔性材料聚酰亚胺上成功制备了ZnO为有源层的TFT，这为柔性半导体器件的研制和发展带来活力。随后高性价比的ZnSnO半导体材料也被应用在TFT中，表现出较高的开关比和较大的迁移率[6]。而Kim等人则是将高k材料引入金属氧化物TFT的制备中，使TFT迁移率得到了大幅度提升的同时还降低了操作电压[7]。由于金属氧化物在高性能TFT中的优良表现，不同的金属氧化物TFT相继被研制开发。近些年来金属氧化物In2O3,ZnO、ZnSnO、InGaZnO等半导体材料和ZrO、Al2O3、HfO2等绝缘材料已经在TFT得到了充分的应用和发展，目前对金属氧化物TFT性能也不仅局限于高迁移率、大开关比等基础要求，而是正在向着高柔性可弯折，高性能低成本和高透明性低功率等新型实用的方向发展[8-11]。图1.2（a）巴丁和布拉顿发明的点接触式晶体管，（b）从左到右分别为巴盯肖克利和布拉顿。1.1.2场效应晶体管的结构和工作原理FET的主要结构：场效应晶体管主要由5个部分构成，主要有半导体层、衬底、栅电极、绝缘层、和源漏电极。在结构分类上，器件一般根据栅电极与衬底的位置变化分为两种：底栅型（栅电极与衬底紧密接触）和顶栅型（栅极置于器件最上层）。再者，根据源漏电极与有源层的不同位置，分为顶接触（源漏电极在有源层上面）和底接触（源漏电极在有源层下面）。通常根据这两种分类，将其组合成四种不同的结构，如下图1.3所示。这四种结构各有利弊，本此研究，由于器件制备工艺和方法的选择，
青岛大学硕士学位论文5主要采用底栅顶接触型。图1.3场效应晶体管的基本结构。FET的工作原理：采用n型增强型FET为示例介绍其基本的构造及原理，如图1.4所示。介电层应具有良好的绝缘性，当在栅极加上正电压VGS后，那么将会在绝缘层与半导体层接触界面产生载流子通道区。当在源漏电极施加电压VDS时，这些自由载流子则会产生定向流动，从而在源漏电极处产生电流。FET的输出特性曲线可分为四个区域：（1）截止区：当栅极电压VGS小于阈值电压VTH时，即VGS＜VTH，这时载流子通道不能形成，，源漏电极之间没有电流，FET这时处于截止状态。（2）线性区：当源漏电压VDS很小时，但是栅极电压VGS大于阈值电压VTH时，即VGS＞VTH且VDS＜VGS-VTH时，开始形成导电沟道，源漏之间可以被当做于一个可变电阻，当VGS一定时，沟道电阻也是一定的，随着VGS的增大，在界面处诱导出的载流子变多，载流子通道的导电能力增大。VDS与IDS的相关公式表示如下：IDS=WL()1-(1)C表示栅绝缘层的单位面积电容；W和L则表示沟道层的宽度和长度；为
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶液法制备低电压及高性能非晶GaSnO薄膜晶体管（英文）[J]. 任锦华,李凯文,杨建文,林东,康皓清,邵晶晶,傅若凡,张群. Science China Materials. 2019(06)
[2]ZnO基薄膜晶体管的研究[J]. 程松华,曾祥斌. 液晶与显示. 2006(05)
本文编号：3358386
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FET的发展历程
青岛大学硕士学位论文4直到21世纪，金属氧化物薄膜晶体管的研究才开始并逐渐得到重视。2003年Nomura首次采用InGaO3(ZnO)5作为有源层材料研制成功了高性能TFT。同时，工业领域中杜邦公司在柔性材料聚酰亚胺上成功制备了ZnO为有源层的TFT，这为柔性半导体器件的研制和发展带来活力。随后高性价比的ZnSnO半导体材料也被应用在TFT中，表现出较高的开关比和较大的迁移率[6]。而Kim等人则是将高k材料引入金属氧化物TFT的制备中，使TFT迁移率得到了大幅度提升的同时还降低了操作电压[7]。由于金属氧化物在高性能TFT中的优良表现，不同的金属氧化物TFT相继被研制开发。近些年来金属氧化物In2O3,ZnO、ZnSnO、InGaZnO等半导体材料和ZrO、Al2O3、HfO2等绝缘材料已经在TFT得到了充分的应用和发展，目前对金属氧化物TFT性能也不仅局限于高迁移率、大开关比等基础要求，而是正在向着高柔性可弯折，高性能低成本和高透明性低功率等新型实用的方向发展[8-11]。图1.2（a）巴丁和布拉顿发明的点接触式晶体管，（b）从左到右分别为巴盯肖克利和布拉顿。1.1.2场效应晶体管的结构和工作原理FET的主要结构：场效应晶体管主要由5个部分构成，主要有半导体层、衬底、栅电极、绝缘层、和源漏电极。在结构分类上，器件一般根据栅电极与衬底的位置变化分为两种：底栅型（栅电极与衬底紧密接触）和顶栅型（栅极置于器件最上层）。再者，根据源漏电极与有源层的不同位置，分为顶接触（源漏电极在有源层上面）和底接触（源漏电极在有源层下面）。通常根据这两种分类，将其组合成四种不同的结构，如下图1.3所示。这四种结构各有利弊，本此研究，由于器件制备工艺和方法的选择，
青岛大学硕士学位论文5主要采用底栅顶接触型。图1.3场效应晶体管的基本结构。FET的工作原理：采用n型增强型FET为示例介绍其基本的构造及原理，如图1.4所示。介电层应具有良好的绝缘性，当在栅极加上正电压VGS后，那么将会在绝缘层与半导体层接触界面产生载流子通道区。当在源漏电极施加电压VDS时，这些自由载流子则会产生定向流动，从而在源漏电极处产生电流。FET的输出特性曲线可分为四个区域：（1）截止区：当栅极电压VGS小于阈值电压VTH时，即VGS＜VTH，这时载流子通道不能形成，，源漏电极之间没有电流，FET这时处于截止状态。（2）线性区：当源漏电压VDS很小时，但是栅极电压VGS大于阈值电压VTH时，即VGS＞VTH且VDS＜VGS-VTH时，开始形成导电沟道，源漏之间可以被当做于一个可变电阻，当VGS一定时，沟道电阻也是一定的，随着VGS的增大，在界面处诱导出的载流子变多，载流子通道的导电能力增大。VDS与IDS的相关公式表示如下：IDS=WL()1-(1)C表示栅绝缘层的单位面积电容；W和L则表示沟道层的宽度和长度；为
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶液法制备低电压及高性能非晶GaSnO薄膜晶体管（英文）[J]. 任锦华,李凯文,杨建文,林东,康皓清,邵晶晶,傅若凡,张群. Science China Materials. 2019(06)
[2]ZnO基薄膜晶体管的研究[J]. 程松华,曾祥斌. 液晶与显示. 2006(05)
本文编号：3358386
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3358386.html
