InZnO雙電層薄膜晶體管及其低壓反相器應(yīng)用研究.pdf

1、離子耦合效應(yīng)為凝聚態(tài)物質(zhì)電學(xué)性能的研究提供了一個(gè)新的思路。在采用離子液電解質(zhì)作為柵介質(zhì)的薄膜晶體管中，離子液電解質(zhì)中的離子可以在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生漂移，并且在電解質(zhì)/電極界面處誘導(dǎo)產(chǎn)生厚度僅為1nm左右的雙電層，其雙電層電容通常>1μF/cm2。這一雙電層電容通常比常規(guī)柵介質(zhì)的電容高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此這類(lèi)晶體管的工作電壓較小，通常都低于2 V，其在低功耗傳感、便攜式電子器件等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。殼聚糖是自然界第二豐富的氨基多糖高分子材

2、料，在其分子結(jié)構(gòu)中存在β-(1-4)-D-氨基葡萄糖基團(tuán)和 N-乙酰-D-氨基葡萄糖基團(tuán)，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及化工等行業(yè)中。另外殼聚糖的分子鏈上存在著大量的游離氨基，當(dāng)其溶解于稀酸溶液時(shí)會(huì)質(zhì)子化，這些質(zhì)子在適當(dāng)條件下可以自由遷移，具有制備成高性能質(zhì)子導(dǎo)體膜的潛力，因此殼聚糖薄膜在薄膜晶體管中有著一定的應(yīng)用價(jià)值。有鑒于此，我們采用殼聚糖薄膜作為柵介質(zhì)，研制了氧化物雙電層薄膜晶體管，并且探索了其在低工作電壓反相器方面的應(yīng)用。

3、>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴配制了殼聚糖和醋酸的混合水溶液，并采用旋涂工藝結(jié)合后續(xù)處理獲得殼聚糖固態(tài)電解質(zhì)薄膜。采用阻抗分析儀測(cè)試表明，制備的殼聚糖薄膜的在室溫下的質(zhì)子導(dǎo)電率高達(dá)3×10-3 S?cm-1，同時(shí)其雙電層電容高達(dá)~4-7μFcm-2；然后采用殼聚糖薄膜作為柵介質(zhì)，并采用磁控濺射工藝研制了氧化銦鋅(InZnO)雙電層薄膜晶體管(EDL TFT)。器件的電學(xué)性能使用keithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀在大氣環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，

4、結(jié)果顯示了器件的工作電壓僅為1V，器件的開(kāi)關(guān)比高達(dá)107，亞閾值斜率僅為~65 mv?dec-1，閾值電壓為-0.28 V；進(jìn)一步測(cè)試表明，器件在低達(dá)1.0V的工作電壓下具有很好的電學(xué)穩(wěn)定性；最后，器件的瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試表明殼聚糖柵介質(zhì)的InZnO EDL-TFT的工作模式為質(zhì)子調(diào)控雙電層機(jī)制。⑵將制作的InZnOEDLTFT與一定阻值的電阻串聯(lián)，獲得了低壓電阻負(fù)載型反相器。測(cè)試了Vdd為0.5V~3 V時(shí)的反相器電壓轉(zhuǎn)移特性曲線，結(jié)果表明

5、，反相器在低工作電壓下具有較高的電壓增益：在Vdd=0.5V時(shí)，電壓增益~3.6，在Vdd=3V時(shí)，電壓增益~20，且電壓增益值與Vdd呈線性依賴(lài)關(guān)系。然后測(cè)試了反相器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，結(jié)果表明反相器可以在10Hz的頻率下工作。最后將反相器用于噪音信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)了降噪功能。⑶在殼聚糖柵介質(zhì)InZnOEDLTFT上引入一個(gè)共平面柵電極，獲得了具有雙柵結(jié)構(gòu)的InZnO雙電層薄膜晶體管，實(shí)現(xiàn)了器件閾值電壓和工作模式的有效調(diào)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)共