二维（PEA） 2 SnI 4 钙钛矿薄膜特性调控及其场效应晶体管的研究
发布时间：2021-11-29 13:03
目前,（PEA）2SnI4是二维有机无机金属卤化物钙钛矿薄膜场效应晶体管中研究最广泛的沟道材料,其主要问题是空气中Sn2+氧化和钙钛矿薄膜难与常用聚合物介电层兼容。针对上述问题,本论文围绕二维（PEA）2SnI4薄膜特性调控及其场效应晶体管的性能,开展了系统而深入的研究工作,主要内容为以下四部分:1.选择合适的聚合物介电材料,使用溶液法制备聚合物底栅介电层的（PEA）2SnI4薄膜场效应晶体管。（1）选择聚乙烯醇（PVA）作为栅极介电层,较薄的交联聚对乙烯苯酚（CL-PVP）薄膜修饰PVA,解决了（PEA）2SnI4的溶剂对聚合物的腐蚀问题。此双层介电层（PVA/CL-PVP）具有均匀光滑的表面、较低的表面极性,同时保持较高的电容和较低的漏电流。（2）制备了基于PVA/CL-PVP的底栅结构（PEA）2SnI4场效应晶体管。室温空气中,器件工作模式...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
场效应晶体管结构示意图:(a)底栅顶接触(b)底栅底接触(c)顶栅顶接触(d)顶栅底接触。
从场效应晶体管的结构可以看出,场效应晶体管最本质的工作原理是基于一个栅极-介电层-半导体层电容(MIS电容)。当栅、源之间施加电压(Vg)时,电荷会在介电层与半导体层的界面处积累,从而形成导电沟道,相当于平板电容器的一个极板,而栅极相当于另一个极板。此时源、漏电极之间再施加电压(Vd)时,就会在源漏电极之间产生电流Ids。通过调节Vg,可以调节介电层中的电场强度,而随着电场强度的不同,导电通道中感应电荷的密度也不同。同时调节Vd,进而可以调控源漏电极间的电流Ids。在场效应晶体管中,施加正负不同的栅压和源漏电压,会改变导电沟道中的载流子的类型和密度以及形成的沟道电流。以氧化物介电层场效应晶体管为例,在栅压和源漏电压调控下表现为四种工作模式[26,27]:空穴积累、空穴耗尽、电子积累和电子耗尽,如图1-2所示[27]。无机场效应晶体管一般在反型模式下工作,而有机场效应晶体管一般工作在积累模式。本章节中,我们以理想的空穴型器件(P型)为例,即金属栅极和半导体间无功函数差、介电层中无电荷且完全绝缘以及半导体/介电层界面不存在任何界面态,详细说明场效应晶体管的积累和耗尽工作模式。
在场效应晶体管中,施加正负不同的栅压和源漏电压,会改变导电沟道中的载流子的类型和密度以及形成的沟道电流。以氧化物介电层场效应晶体管为例,在栅压和源漏电压调控下表现为四种工作模式[26,27]:空穴积累、空穴耗尽、电子积累和电子耗尽,如图1-2所示[27]。无机场效应晶体管一般在反型模式下工作,而有机场效应晶体管一般工作在积累模式。本章节中,我们以理想的空穴型器件(P型)为例,即金属栅极和半导体间无功函数差、介电层中无电荷且完全绝缘以及半导体/介电层界面不存在任何界面态,详细说明场效应晶体管的积累和耗尽工作模式。在p型场效应晶体管工作时,负栅极电压的施加会产生与沟道垂直的电场,进而导致介电材料界面处的半导体能级结构弯曲变化、空穴在界面处的积累与耗尽,如图1-3所示。随着栅压的变化,界面处半导体的能级发生三种不同的变化:(1)当栅压为零时,因为没有电场,半导体能级处于平带状态,如图1-3(a)所示;(2)当栅压为负时,晶体管中存在由源电极指向栅极的电场,使得接近介电层处的半导体能带向上弯曲,因此在界面极薄的半导体内积累空穴,形成导电沟道,如图1-3(b)所示,当施加源漏电压时,积累的空穴会定向运动,形成电流,这就对应于场效应晶体管的空穴积累工作模式;(3)当栅压为正时,晶体管中存在由栅极指向源电极的电场,使得界面处半导体的能级向下弯曲,在介电层与半导体层界面极薄的半导体内积累电子,如图1-3(c)所示,同时半导体中的多数载流子空穴耗尽,这就对应于场效应晶体管的空穴耗尽工作模式。
本文编号：3526553
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
场效应晶体管结构示意图:(a)底栅顶接触(b)底栅底接触(c)顶栅顶接触(d)顶栅底接触。
从场效应晶体管的结构可以看出,场效应晶体管最本质的工作原理是基于一个栅极-介电层-半导体层电容(MIS电容)。当栅、源之间施加电压(Vg)时,电荷会在介电层与半导体层的界面处积累,从而形成导电沟道,相当于平板电容器的一个极板,而栅极相当于另一个极板。此时源、漏电极之间再施加电压(Vd)时,就会在源漏电极之间产生电流Ids。通过调节Vg,可以调节介电层中的电场强度,而随着电场强度的不同,导电通道中感应电荷的密度也不同。同时调节Vd,进而可以调控源漏电极间的电流Ids。在场效应晶体管中,施加正负不同的栅压和源漏电压,会改变导电沟道中的载流子的类型和密度以及形成的沟道电流。以氧化物介电层场效应晶体管为例,在栅压和源漏电压调控下表现为四种工作模式[26,27]:空穴积累、空穴耗尽、电子积累和电子耗尽,如图1-2所示[27]。无机场效应晶体管一般在反型模式下工作,而有机场效应晶体管一般工作在积累模式。本章节中,我们以理想的空穴型器件(P型)为例,即金属栅极和半导体间无功函数差、介电层中无电荷且完全绝缘以及半导体/介电层界面不存在任何界面态,详细说明场效应晶体管的积累和耗尽工作模式。
在场效应晶体管中,施加正负不同的栅压和源漏电压,会改变导电沟道中的载流子的类型和密度以及形成的沟道电流。以氧化物介电层场效应晶体管为例,在栅压和源漏电压调控下表现为四种工作模式[26,27]:空穴积累、空穴耗尽、电子积累和电子耗尽,如图1-2所示[27]。无机场效应晶体管一般在反型模式下工作,而有机场效应晶体管一般工作在积累模式。本章节中,我们以理想的空穴型器件(P型)为例,即金属栅极和半导体间无功函数差、介电层中无电荷且完全绝缘以及半导体/介电层界面不存在任何界面态,详细说明场效应晶体管的积累和耗尽工作模式。在p型场效应晶体管工作时,负栅极电压的施加会产生与沟道垂直的电场,进而导致介电材料界面处的半导体能级结构弯曲变化、空穴在界面处的积累与耗尽,如图1-3所示。随着栅压的变化,界面处半导体的能级发生三种不同的变化:(1)当栅压为零时,因为没有电场,半导体能级处于平带状态,如图1-3(a)所示;(2)当栅压为负时,晶体管中存在由源电极指向栅极的电场,使得接近介电层处的半导体能带向上弯曲,因此在界面极薄的半导体内积累空穴,形成导电沟道,如图1-3(b)所示,当施加源漏电压时,积累的空穴会定向运动,形成电流,这就对应于场效应晶体管的空穴积累工作模式;(3)当栅压为正时,晶体管中存在由栅极指向源电极的电场,使得界面处半导体的能级向下弯曲,在介电层与半导体层界面极薄的半导体内积累电子,如图1-3(c)所示,同时半导体中的多数载流子空穴耗尽,这就对应于场效应晶体管的空穴耗尽工作模式。
本文编号：3526553
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