KH550-GO复合栅介质低压氧化物薄膜晶体管研究

发布时间：2017-10-08 11:20

  本文关键词：KH550-GO复合栅介质低压氧化物薄膜晶体管研究

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【摘要】：近年来,氧化物薄膜晶体管因其场效应迁移率高、透光性好、易于大面积制备等优点而引起广泛的关注。然而,由于传统栅介质材料介电常数低,当器件的工作电压较低时,栅极电压很难对源漏电流进行良好调控,这很大程度限制了TFT器件在低功耗、高性能电子产品等领域上的应用。为增加栅介质电容耦合特性,降低器件的工作电压,提升器件电学特性,人们开始着手降低栅介质薄膜的厚度和探寻新型栅介质材料。但栅介质薄膜厚度的降低往往受到物理极限所限制,制作工艺要求相对提升很高,其薄膜强度和性能降低,对TFT器件的电学性能和结构设计都增加了一定的隐患,器件的合格率降低,为减小TFT器件的工作电压,同时不去牺牲器件的电学特性,人们越来越多的将精力投入到研发新的栅介质材料。(1)由于KH550分子结构中含有大量的-NH2和-Si-O-C2H5,其中-Si-O-C2H5易水解生成Si-OH键,而-OH和-NH2都属于亲水性基团,可以预测KH550固态电解质可能具有较高的质子电导率,是低压氧化物薄膜晶体管理想的栅介质材料。然而到目前为止,KH550常用来偶联无机材料和高分子材料,却没有关于KH550固态电解质作为质子导体薄膜和薄膜晶体管栅介质的相关报道。因此,本文采用KH550固态电解质为氧化物薄膜晶体管的栅介质材料,对KH550固态电解质薄膜的各项性能进行表征,分析测量KH550氧化物TFT器件的电学特性并计算出该器件的各项电学参数,分析判断KH550固态电解质能否成为薄膜晶体管理想的栅介质材料。(2)采用旋涂法制备硅烷偶联剂-氧化石墨烯(KH550-GO)新型复合栅介质薄膜,由于栅介质层和沟道层界面处明显的双电层效应,当频率为0.1 Hz时,单位面积电容高达2.18μF/cm2。本文采用自组装原理,借助磁控溅射仪,仅需一次掩膜,即可同时生成晶体管的沟道与源漏电极。利用半导体参数分析仪在室温黑暗的条件下测量该器件的电学特性,结果表明,KH550-GO固态栅介质氧化物薄膜晶体管具有优良的电学性能,其工作电压仅为2 V、饱和电流为580μA、亚阈值摆幅108 mV/dec、开关比4×107、场效应迁移率16.7 cm2·V-1·s-1。总之,本文制备的KH550-GO复合栅介质低压氧化物TFT器件具备优异的电学特性和稳定性,对研究制造高性能、便携式、低能耗的微型电子器件具有重要意义。
【关键词】：非晶铟锌氧化物 双电层效应 KH550-GO复合栅介质 低压氧化物薄膜晶体管 场效应迁移率
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 薄膜晶体管的研究背景12-16
• 1.2.1 薄膜晶体管的发展历程12-13
• 1.2.2 不同沟道材料的薄膜晶体管性能介绍13-14
• 1.2.3 薄膜晶体管的应用14-16
• 1.3 固态栅介质薄膜表征所需的仪器16-23
• 1.3.1 扫描电镜17-18
• 1.3.2 原子力显微镜18-20
• 1.3.3 傅立叶变换红外光谱仪20-22
• 1.3.4 阻抗分析仪22-23
• 1.4 薄膜晶体管电学特性的测试系统23-24
• 1.5 本论文的研究内容以及章节安排24-26
• 第二章 薄膜晶体管的研究和制备26-44
• 2.1 磁控溅射技术26-29
• 2.1.1 磁控溅射的发展历程26-27
• 2.1.2 磁控溅射仪器和溅射材料27
• 2.1.3 磁控溅射技术原理及过程27-29
• 2.1.4 磁控溅射技术特点29
• 2.2 薄膜晶体管的工作原理与性能参数29-37
• 2.2.1 TFT的结构29-31
• 2.2.2 TFT的分类31
• 2.2.3 TFT的工作原理31-33
• 2.2.4 TFT的主要性能参数33-35
• 2.2.5 双电层薄膜晶体管的调控机理35-37
• 2.3 KH550固态栅介质薄膜晶体管的制备37-40
• 2.3.1 实验材料与设备37
• 2.3.2 KH550固态栅介质薄膜晶体管的加工工艺37-40
• 2.4 KH550-GO固态栅介质薄膜晶体管的制备40-43
• 2.4.1 实验材料与设备40
• 2.4.2 KH550-GO固态栅介质薄膜晶体管的加工工艺40-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 基于KH550固态栅介质薄膜晶体管的性能研究44-53
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验试剂简介45
• 3.2.1 KH550的特性介绍及用途45
• 3.2.2 IZO特性介绍45
• 3.3 实验结果与讨论45-51
• 3.3.1 KH550固态电解质表征45-48
• 3.3.2 KH550固态栅介质TFT器件的电学性能分析48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 KH550-GO固态栅介质薄膜晶体管的性能研究53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 氧化石墨烯的特性及用途53-54
• 4.3 KH550-GO固态栅介质的表征与测试54-59
• 4.3.1 KH50、GO和KH550-GO的FTIR光谱分析54-57
• 4.3.2 KH550-GO的阻抗频谱特性分析57-58
• 4.3.3 KH550-GO的电容、相角随频率分析58-59
• 4.4 KH550-GO薄膜晶体管的测试与讨论59-64
• 4.4.1 TFT器件的电学性能测试59-61
• 4.4.2 器件的抗干扰性能测试61-63
• 4.4.3 器件的稳定性测试63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文情况74

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本文编号：993733