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试述微孔低压双电荷层ITO薄膜晶体管

收藏本文 2024-03-05 点赞:6291 浏览:21075 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:近年来,由于宽带隙氧化物半导体薄膜晶体管具有高迁移率、低成本、低温工艺、与柔性衬底兼容性好且能大面积生产等优势,已经引起了广泛的探讨兴趣。然而由于它们通常需要比较大的工作电压才能获得较大的输出电流与较高的载流子迁移率,因而寻求新型的低压氧化物薄膜晶体管已经成为近几年的探讨热点之一。在这众多的氧化物半导体材料中,InGaZnO_4、ITO(氧化铟锡)等材料由于其具有统一的结构,光滑的表面,当室温下沉积为非晶薄膜状态时电子迁移率也通常较高(10cm~2/Vs)等优点,近年来引起了广泛的关注。我们在室温下以硅烷和氧气为原料气体,利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积制备出具有疏松结构的微孔SiO2薄膜,以此为栅介质制备的薄膜晶体管工作电压可大大降低,这样就解决了常规氧化物薄膜晶体管驱动电压大的不足。此外,我们还开始尝试对柔性薄膜晶体管器件进行探讨。我们基于一步掩膜法工艺在纸张衬底上制备了一种新型的双电荷层超低工作电压ITO薄膜晶体管。首先,在纸张衬底上采取射频磁控溅射法沉积一层约300nm厚的ITO薄膜作为栅极;然后,以硅烷和氧气为原料气体,利用PECVD法沉积一层约4μm厚的微孔SiO2为栅介质;最后,采取一步掩膜法通过射频磁控溅射,仅仅利用一块镍掩模板,就可同时沉积出ITO源漏电极和ITO沟道。ITO源漏极厚度约200nm,晶体管的长度和宽度分别为80μm和1000μm,所有的镀膜工艺都是在室温下进行的。器件的电学特性由Keithley4200半导体参数浅析仪在室温下黑暗环境中测试得到。测试结果表明这种晶体管显示出了极好的性能:超低的工作电压1.5V,场效应迁移率为20.1cm~2/Vs,亚阈值斜率为188mV/decade,开关电流比为5×10~5,阈值电压为-1V。此外,通过对此器件弯曲后电学性能的探讨,得到了器件弯曲后的迁移率,亚阈值斜率,开关电流比以及阈值电压分别为14.2cm~2/Vs,188mV/decade,1×10~5以及-0.84V。这种基于全室温一步掩模法工艺制备的纸上氧化物薄膜晶体管具有工作电压低,工艺简单,成本低廉等优点,并且此器件在弯曲前后,器件性能的衰减不严重,在可以接受的范围之内,非常有望运用于未来便携式低功耗柔性电子器件的制造中。关键词:超低工作电压论文一步掩模法论文双电荷层论文微孔SiO_2论文ITO论文柔性器件论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第1章 绪论10-24

    1.1 引言10-11

    1.2 薄膜晶体管的结构及工作原理11-12

    1.2.1 薄膜晶体管的器件结构11

    1.2.2 薄膜晶体管的工作原理11-12

    1.3 薄膜晶体管的进展历程及近况12-17

    1.3.1 薄膜晶体管进展历程12-13

    1.3.2 薄膜晶体管的进展近况13-17

    1.4 薄膜晶体管的类型及其性能比较17-19

    1.4.1 薄膜晶体管的分类17-18

    1.4.2 不同类型 TFT 的性能比较18-19

    1.5 薄膜晶体管的主要运用19-21

    1.5.1 TFT 在液晶显示器中的运用19-20

    1.5.2 TFT 在传感器中的运用20-21

    1.6 本论文的选题依据和主要内容21-24

    第2章 薄膜晶体管的制备工艺与测试技术24-33

    2.1 薄膜晶体管衬底的选择及清洗24-25

    2.2 薄膜的制备工艺25-28

    2.2.1 电子束蒸发法25-26

    2.2.2 磁控溅射法26-27

    2.2.3 化学气相沉积法27-28

    2.3 薄膜晶体管的测试技术28-32

    2.3.1 半导体参数浅析仪28-29

    2.3.2 阻抗浅析仪29-30

    2.3.3 霍尔效应浅析仪30

    2.3.4 紫外可见分光光度计30-31

    2.3.5 扫描电子显微镜31

    2.3.6 X 射线衍射仪31-32

    2.4 本章小结32-33

    第3章 低压双电荷层 ITO 薄膜晶体管33-40

    3.1 ITO 薄膜晶体管的制备33-34

    3.1.1 器件结构33

    3.1.2 器件的制备历程33-34

    3.2 器件各层薄膜的形貌结构浅析34-36

    3.2.1 ITO 薄膜的形貌结构浅析34-35

    3.2.2 SiO_2薄膜的形貌结构浅析35-36

    3.3 ITO 薄膜晶体管的性能浅析36-37

    3.4 ITO 薄膜晶体管的低压工作原理37-39

    3.5 本章小结39-40

    第4章 一步掩膜法制备 ITO 纸上柔性薄膜晶体管40-49

    4.1 引言40-41

    4.2 实验材料和实验设备41

    4.3 一步掩膜法晶体管的制备历程41-42

    4.4 器件的的性能浅析42-48

    4.4.1 ITO 沟道和电极的形貌及电学特性浅析42-43

    4.4.2 纸上 SiO_2的形貌及电学特性浅析43-45

    4.4.3 纸上 ITO TFT 的电学性能浅析45-47

    4.4.4 纸上 ITO TFT 弯曲后的电学性能浅析47-48

    4.5 本章小结48-49

    结论49-50

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