宁波材料所在超低压双电层微纳晶体管领域取得系列进展

2010-11-22 11:01 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  薄膜晶体管(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(Ion Gels)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Nature Asia Materials作了题为transparent transistors: low power, 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【IEEE Electron Device Letters. 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【Journal of Materials Chemistry, 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。