应用指南

超低压双电层晶体管研究获进展

日期:2010年12月2日 11:09

 膜晶体管(Thin-film transistors,TFTs)是一类重要的半导体器件,在平板显示、传感器等领域具有广泛的应用价值。最近几年,宽带隙氧化物半导体由于其具有低温成膜、高电子迁移率、可见光透明等优点,在薄膜晶体管领域引起了人们广泛的研究兴趣。由于常规SiO2栅介质电容耦合较弱,当前薄膜晶体管的典型工作电压一般大于10V,大大限制了其在便携式领域的应用。研究表明,离子液、离子凝胶(IonGels)具有高达10μF/cm2的低频双电层电容。研究人员采用该类双电层栅介质制作了工作电压仅为1.0V-2.0V有机薄膜晶体管。但到目前为止,该类栅介质很少用于无机氧化物半导体晶体管器件研制。

    2009年开始,中科院宁波材料技术与工程研究所万青课题组在纳米SiO2颗粒组成的微孔薄膜体系中观测到了巨大的双电层电容,并用该介质薄膜作为栅介质,成功研制了高性能、低压透明薄膜晶体管,其工作电压小于1.5V(Appl.Phys.Lett.95,152114(2009); Appl. Phys. Lett.96, 043114(2010))。该论文被NatureAsiaMaterials作了题为transparent transistors: lowpower, high performance的Highlight专题报道。在此基础上,课题组又成功在纸张衬底上,采用全室温工艺,成功研制了高性能纸张晶体管,并通过氧压调控技术,实现了晶体管增强型和耗尽型调控(IEEE Trans. on Electron Devices.57,2258(2010))。另外,课题组还通过简单浸泡的途径在SiO2纳米颗粒膜中引入Li、H等离子,明显增强了栅介质的双电层电容值。接着又成功研制了具有垂直结构的超低压氧化物双电层薄膜晶体管(IEEE Electron Device Letters,31, 1263(2010);Appl. Phys.Lett.97, 052104(2010))。

    最近,课题组又自主开发了一种自组装工艺,仅仅采用一个掩膜版,一次磁控溅射就在双电层栅介质上沉积了ITO沟道、ITO源/漏电极,完成了晶体管制作(IEEEElectronDeviceLetters.31,1137(2010))。另外,课题组该还用单根SnO2纳米线作为晶体管沟道,成功研制了超低压、全透明纳米线双电层晶体管(JournalofMaterialsChemistry,20,8010(2010))。

    上述基于氧化物半导体的超低压双电层晶体管在低成本、便携式传感、显示器件领域具有广泛的应用价值。

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