薄膜晶體管作為集成電路的基本元器件之一,廣泛應用于平板顯示、智能傳感器、反相器等領域。其中的非晶薄膜晶體管,特別是非晶銦鎵鋅氧(IGZO)TFTs,以低工作電壓、高電流開關比、大面積制備一致性好、制備溫度低且工藝廉價等優(yōu)點備受關注。但是IGZO含有酸溶性的Ga_2O_3和ZnO,在濕法刻蝕中容易受到影響,導致器件穩(wěn)定性較差。因此需要研究不含Ga和Zn的非晶半導體材料。而銦鎢氧氧化物(IWO)不溶于一般的酸性溶劑,且已經(jīng)用于太陽能電池、有機發(fā)光器件及氧化物TFTs中。此外,隨著便攜式電子設備的快速發(fā)展,普遍要求TFTs器件及相關的電路結構簡單且工作電壓及功耗較低。因此部分研究者提出了雙電層晶體管(EDLTs),其柵介質(zhì)為可在外電場下形成雙電層的電解質(zhì)材料。EDLTs的優(yōu)點是工作電壓較低、遷移率高等。目前關于雙電層晶體管的研究集中于材料、器件結構及器件性能,關于其在電路中的應用較少。本文主要研究以非晶IWO為溝道材料的雙電層薄膜晶體管,探究其在簡單施密特觸發(fā)器電路中的潛在應用,主要的內(nèi)容及結果包含:1.利用PECVD、RF-MS等真空技術,制備基于納米二氧化硅固態(tài)電解質(zhì)的IWO雙電層薄膜晶體管和基于殼聚糖柵介質(zhì)的柔性IWO雙電層薄膜晶體管。2.基于納米二氧化硅固態(tài)電解質(zhì)的IWO雙電層薄膜晶體管具有底柵結構及雙側柵結構。底柵IWO器件性能良好,工作電壓低于2V,閾值電壓約為0.17V,電流開關比、場效應遷移率、亞閾值擺幅分別為3.6*10~7,5.9 cm~2V~(-1)s~(-1),107 mV/decade�；诘讝臝WO-TFTs的施密特觸發(fā)器可在低電壓下工作且功耗較低。同時展示了簡單施密特觸發(fā)器對三角波信號的暫態(tài)響應曲線�；陔p側柵IWO-TFTs的施密特觸發(fā)器,是雙電層器件首次實現(xiàn)回滯可調(diào)控的施密特觸發(fā)器。3.基于殼聚糖柵介質(zhì)的柔性IWO-TFTs性能良好,閾值電壓為0.30V。該柔性IWO-TFTs器件的開關比、場效應遷移率、亞閾值擺幅分別為1.92*10~7,3.1 cm~2V~(-1)s~(-1),75.2mV/decade�；谌嵝訧WO-TFTs的施密特觸發(fā)器同樣可在低電壓下工作且功耗較低。綜上,兩種IWO雙電層晶體管均性能良好,且能構建簡單施密特觸發(fā)器電路。本文為雙電層晶體管的應用提供了新的思路,基于此類器件的簡單施密特觸發(fā)器電路有潛力應用于噪聲過濾、智能傳感器及神經(jīng)形態(tài)計算領域。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN321.5
【部分圖文】：

都是依靠場效應原理調(diào)控溝道層，但是氧化物ＴＦＴｓ是通過電子累積形成溝道層，??而ｎ型ＦＥＴ是通過ｐ型襯底上形成的ｎ型溝道達到反型層。??圖１－１為ｎ型ＴＦＴｓ的工作原理圖，此圖中源極接地，漏極和柵極均加正偏??壓。如圖ｌ－ｌ（ａ），當柵極電壓特別小時（ＶＧＳ？ＶＴＨ），柵介質(zhì)／半導體層界面沒有??電子積累，因此源、漏極之間沒有電流，器件處于未開啟狀態(tài)。??逐漸增大柵極電壓，當其增至閾值電壓時（Ｖ〇ｓ＝ＶＴＨ），我們可以將ＴＦＴｓ看成??以柵介質(zhì)為介質(zhì)的平行板電容器。自由電子在電場的作用下移動，電子積累層在??柵介質(zhì)／半導體層界面產(chǎn)生。源漏極之間的橫向電場使注入電子積累層的源極電??３??

為了評估ＴＦＴｓ器件的電學性能，場效應迀移率（（ｉＦＥ）、電流開關比（Ｉ０Ｎ／０ＦＦ）、??閾值電壓（ＶＴＨ）、亞閾值擺幅（ＳＳ）等是常用的特征參數(shù)。這些參數(shù)均能由ＴＦＴ的轉(zhuǎn)??移特性曲線及輸出特性曲線計算得出，圖１－２是典型的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性??曲線［１］。??場效應遷移率〇ｉＦＥ）??目前，最常用來確定載流子遷移率的方法是霍爾效應，得到的是霍爾遷移率。??一般來說，器件的載流子遷移率受到材料本身散射機制的影響。但是ＴＦＴ中的載??流子遷移率不同于其在半導體中的固有遷移率，因為它受散射機制的影響遠小于??柵壓的調(diào)控作用。按照Ｓｃｈｒｏｄｅｒ的觀點，ＴＦＴｓ中的載流子遷移率計算方式可以分??為有效遷移率、飽和遷移率、場效應遷移率，每種計算方式都有優(yōu)缺點。最常用??的是場效應遷移率（也稱為線性遷移率）。在單位電場下，載流子的平均漂移速??度定義為場效應遷移率。一般通過公式１－１計算確定場效應遷移率：??ＭｆＥ?＝?／＾ｌｉｎ?＝?—?１－１??Ｗ－Ｃ０Ｘ－ＶＤＳ?ｄＶＧＳ??公式１－１中，Ｌ和Ｗ分別表示溝道的長度和寬度，ＶＤＳ為源漏電壓。ＶＣＳ為??柵極電壓

ＴＦＴｓ主要由柵極層，柵介質(zhì)層，半導體層，源、漏電極在襯底上堆疊組成，??襯底一般分為玻璃和柔性襯底。對于氧化物ＴＦＴｓ而言，其半導體層一般為氧化??物。圖１－３為ＴＦＴｓ的典型結構示意圖［２３１，其中圖（ａ）和圖（ｂ）為底柵（Ｂｏｔｔｏｍ?Ｇａｔｅ，??ＢＧ）器件的結構圖，其余為頂柵（Ｔｏｐ?Ｇａｔｅ，?ＴＧ）器件的結構圖。每一種結構都有優(yōu)??缺點，頂柵器件一般用于需要外延生長半導體層，難以制備底電極的情況。同時??７??
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王黨會;雒設計;許天旱;姚婷珍;宋海洋;王磊;肖美霞;;淺談雙電層模型演變在材料腐蝕學科中的應用[J];教育教學論壇;2017年04期

2 童汝亭;金世勛;蔣殿祿;馬子川;;金屬、半導體、絕緣體與溶液的界面雙電層[J];河北師范大學學報;1988年03期

3 蔣新,薛家驊,林華華;粘土膠體表面雙電層重疊時ψ_δ及ψ_d的計算[J];物理化學學報;1989年04期

4 沈仰同;;通過極化促進水泥漿硬化[J];水泥;1989年01期

5 王洪,胡漢芳,丁天惠,顧峻嶺,傅若農(nóng);毛細管電色譜中雙電層疊加的研究[J];分析化學;1998年11期

6 侯濤;徐仁扣;;膠體顆粒表面雙電層之間的相互作用研究進展[J];土壤;2008年03期

7 張英杰;電極溶液界面雙電層模型進展[J];昆明理工大學學報;1997年06期

8 郭鶴桐;;第四講 電極與溶液界面間的雙電層[J];天津電鍍;1981年03期

9 向宇;曹高萍;;雙電層電容器儲能機理研究概述[J];儲能科學與技術;2016年06期

10 錢勇先;油藏條件下平面雙電層的特性研究[J];江漢石油學院學報;1996年03期

相關博士學位論文 前10條

1 章樂;低維半導體雙電層晶體管器件及其電子輸運研究[D];浙江大學;2018年

2 徐葵;二維納米層狀材料電極界面結構與雙電層儲能機理的分子動力學模擬研究[D];華中科技大學;2018年

3 楊毅;基于氧化物雙電層TFTs的神經(jīng)形態(tài)器件[D];南京大學;2018年

4 趙古田;固液界面雙電層結構的理論與實驗研究[D];東南大學;2014年

5 萬相;基于雙電層晶體管的神經(jīng)形態(tài)器件與系統(tǒng)[D];南京大學;2017年

6 萬昌錦;雙電層耦合氧化物神經(jīng)形態(tài)晶體管研究[D];中國科學院寧波材料技術與工程研究所;2016年

7 郭麗祥;雙電層影響下的微通道分層流動及其穩(wěn)定性研究[D];天津大學;2010年

8 譚啟檐;離子相關性與固液界面雙電層實驗研究[D];東南大學;2015年

9 劉全生;微管道中非牛頓流體的電滲流動[D];內(nèi)蒙古大學;2013年

10 孔維杰;基于離子液體的微流體振動式能量收集研究[D];蘭州大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 高雅;銦鎢氧基低壓雙電層薄膜晶體管研究[D];南京大學;2019年

2 付翠茜;水性聚氨酯/環(huán)氧樹脂復合防腐涂料的制備研究[D];北京化工大學;2018年

3 陳斌杰;Sr_2IrO_4雙電層薄膜晶體管的制備及其神經(jīng)突觸仿生研究[D];華東師范大學;2018年

4 曾凡月;多孔碳材料的制備及其電吸附脫鹽性能的研究[D];中國礦業(yè)大學;2018年

5 李婷婷;雙電層水性無機富鋅涂料的制備及性能表征[D];北京化工大學;2018年

6 溫娟;新型材料體系雙電層突觸晶體管的研究[D];江蘇大學;2018年

7 杜康;CBN珩輪電沉積過程中雙電層效應及電場特性的研究[D];太原理工大學;2018年

8 徐佳寧;考慮雙電層效應薄膜潤滑的數(shù)值分析[D];山東理工大學;2008年

9 趙莎莎;雙電層水性無機富鋅涂料的制備研究[D];北京化工大學;2016年

10 劉傳;無機超分子雙電層納米材料的制備、表征及應用研究[D];北京化工大學;2016年

本文編號：2872831