【摘要】：基于氧化物半導體的薄膜晶體管(TFT)由于其良好的電學特性和易于制備的優(yōu)勢而獲得了研究人員的極大關注,例如此類器件通常具有較高的遷移率(10 cm2V-1s-1),高透明特性,可低溫制造,生產(chǎn)成本低廉,以及能夠進行大面積工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)勢。特別需要注意的是制備在諸如紙張、聚合物塑料、金屬箔等柔性襯底上的氧化物薄膜晶體管,由于具備被用在柔性電子器件上的可能性而受到極大的關注。然而,無論是傳統(tǒng)器件還是柔性器件,都面臨著大電壓運作和高功耗的問題,特別是對于柔性器件而言,獲得穩(wěn)定的機械性能也是實現(xiàn)其柔性應用的關鍵所在。在本論文中,我們的主要工作是制備一種低壓薄膜晶體管并且探索其柔性功能的實現(xiàn)。非晶銦鎵鋅氧(a-IGZO)半導體具有許多優(yōu)點,如高場效應遷移率,良好的穩(wěn)定性,兼容當前的制造工藝和對結構變形的不敏感特性等,因而被選作為器件的溝道材料。ITO導電玻璃和鍍有Ag的紙張被選作為襯底,用以制備普通器件和柔性器件。此外,我們創(chuàng)新性地使用聚合物駐極體作為柵介質(zhì),主要考慮到該類材料通常具有良好的柔韌性和靜電極化效應,利用極化效應可以在低柵極電壓條件下在半導體溝道層中誘導出高密度載流子以實現(xiàn)器件的低壓運作。首先,我們在普通ITO玻璃上利用聚乙烯醇(PVA),一種聚合物駐極體作為柵介質(zhì)制備a-IGZO TFT,以探究使用此類駐極體材料制備低壓器件的可能性和相關實驗路線。實驗表明以PVA為柵介質(zhì)的IGZO薄膜晶體管具有良好的低電壓工作特性,場效應遷移率高達43 cm2V-1s-1,閾值電壓為1.03 V,亞閾值擺幅為132 mV/decade,以及較大的開關比1.03×106。這證明以PVA為代表的聚合物駐極體可被用作柵介質(zhì)以制作低壓TFT。接下來,我們在紙張襯底上利用氧化石墨烯(GO)增強的PVA駐極體薄膜作為柵介質(zhì)制備了柔性低壓a-IGZO TFT。柔性器件表征出良好的性能,具有更高開關比(～1.8×107),更低的亞閾值擺幅(106 mV/decade)和閾值電壓(0.79 V),場效應遷移率也高達42 cm2V-1s-1。另外,由于氧化石墨烯的機械性能增強效果,這些柔性TFT在經(jīng)歷了不同程度和時間的彎曲操作后依然表現(xiàn)出良好的器件性能。最后,我們也探索了柔性器件的反相器及其動態(tài)響應特性。我們的研究和結果表明,聚合物駐極體和其復合材料具有制備低壓氧化物TFT的巨大潛力,并且能夠很好地實現(xiàn)柔性特性。我們的研究對于下一代低成本紙張電子器件的發(fā)展具有重要意義。
【圖文】：

圖１－２－１薄膜晶體管四種常見的結構，從左到右依次是底柵頂接觸，底柵底接觸，逡逑頂柵頂接觸，頂柵底接觸［２７］逡逑圖１－２－１為薄膜晶體管的典型器件結構。根據(jù)柵極、有源層以及源、漏電極逡逑不同堆砌順序，氧化物薄膜晶體管的器件結構可以劃分為底／頂柵和底／頂接觸逡逑干種不同的組合，一般可分為圖示的四種基本結構：底柵頂接觸，底柵底接觸，逡逑柵頂接觸，頂柵底接觸。同時根據(jù)器件的基本結構，可以引入不同的薄膜層以逡逑到不同器件保護或者制備流程優(yōu)化的目的，比如在源、漏電極圖形化過程中，逡逑常采用濕法刻蝕，然而刻蝕液容易對有源層造成損傷，為了消除這一損傷，常逡逑用的做法是，如若器件采用頂接觸結構則在有源層的上方再引入一層刻蝕阻擋層，，逡逑當然這一步驟的引入往往需要增加一道光刻順序，一定程度上造成工藝成本和復逡逑雜度的增加。逡逑，一。，

南京大學碩士研究生論文對于頂柵器件，底柵器件柵介質(zhì)的界面形貌會對有源層的沉積生響，所以此類器件往往對于柵介質(zhì)界面的表面形貌有著較高的要于底柵結構的薄膜晶體管，其通常會具有較為優(yōu)異的柵介質(zhì)表在制備不同的器件過程中，需要充分考慮薄膜材料的性質(zhì)以及對以滿足不同器件結構的要求。逡逑晶體管的工作原理逡逑０．８邋—？—Ｉ—＞—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—？—Ｉ—－—Ｉ—逡逑
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN321.5

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