近年来,氧化物薄膜晶体管(TFT)逐渐引起了广泛的研究兴趣。氧化物TFT的沟道材料不但具有较高的光学透明性,通常还具有比较高的沟道载流子迁移率,即使在室温下沉积也经常能够达到大于10cm2/Vs。然而,在一般的文献报道中,氧化物TFT的工作电压很大(>10V),这会导致电子系统有更大的功耗,提高能耗。因此,降低晶体管的工作电压,进一步提高器件的栅电场静电调制能力,研究出新的器件结构和工艺并探讨其内在工作机理,成为当前的研究热点。针对这些问题,本文的工作主要可以概括为以下几点：(1)我们发现通过等离子增强化学沉积方法(PECVD)生长出的SiO2纳米颗粒膜(nanogranular film)具有明显的双电层效应。电容频率测试结构表明,虽然室温制备的微孔SiO2绝缘层厚度约4μm,然而却呈现出非常大的单位面积电容(>1.0gF/cm2)。针对这个反常的物理现象,我们提出基于质子迁移的双电层理论来进行解释,并通过相关实验表征手段和进一步地分析证实了这个解释。SiO2纳米颗粒膜栅介质的发现和双电层理论的提出为我们下一步制备出各种新型的TFT器件奠定了坚实的基础。(2)利用SiO2纳米颗粒膜作为栅介质来进行氧化物TFT的双电层静电调控,我们研制了基于In GaZnO4氧化物沟道的全室温工艺透明TFT。实验结果进一步表明,器件的工作电压仅为1.0V电流开关比达到了1.1×106,亚阈值斜率为11OmV/dec,沟道的场效应载流子迁移率为28.5cm2/Vs。(3)采用离子灌入的方式(用LiCl, H3PO4溶液来浸泡),在Si02纳米颗粒膜中引入了无机离子,明显增强了栅介质的双电层电容。利用这种复合栅介质,我们成功制备了垂直沟道的氧化铟锡(ITO)薄膜晶体管。垂直沟道TFT一个明显的优点是很容易控制沟道的长度(即为沉积的ITO沟道薄膜的厚度),因此短沟道的TFT就很容易实现了。同时,我们发现采用溶液浸泡工艺的复合栅介质能进一步地降低晶体管的工作电压。用30%的LiCl溶液浸泡的SiO2纳米颗粒膜作为TFT的栅介质,得到的器件亚阈值斜率为72mV/dec,电流开关比为1.4×106,工作电压为仅为0.8V。采用10%的H3P04溶液浸泡的Si02纳米颗粒膜作为TFT的栅介质,得到的器件亚阈值斜率为78mV/dec,电流开关比为2×106,工作电压为0.8V。(4)我们发现在射频磁控溅射ITO源漏电极的过程中,利用掩膜板的绕射可以自组装一层ITO沟道。利用这种新型的沟道自主装工艺,我们在导电塑料衬底上面成功制备了柔性透明电子器件。器件电流开关比约为107,亚阈值斜率为65mV/dec,工作电压仅为1.0V。自组装ITO沟道柔性透明薄膜晶体管大大简化了传统的器件制备工艺,有望在一些低成本电子产品应用领域引发新的研究兴趣和研究价值。(5)在掩膜板绕射工艺的基础上,我们成功实现了单侧栅以及双侧栅的TFT。晶体管的栅极和源漏电极以及沟道可以通过一块金属掩膜板在一次射频磁控溅射ITO的工艺中来实现。实验表明,全透明单侧栅自组装ITO沟道TFT显示出了良好的器件性能：电流开关比达到了2×106,亚阈值斜率为125mV/dec。而当双栅TFT的第二栅极电压VG2从3.0V变化到-2.0V时,器件的阈值电压会相应地从-0.55V调制到0.76V。在这些相关实验结果基础上,我们提出了侧栅电容串联耦合模型来解释侧栅电压静电调控机制。实验和理论分析证明,Si02纳米颗粒膜栅介质与绝缘衬底之间的那层导电薄膜起着至关重要的作用：正是它将侧栅电容和沟道下面的栅电容建立了有效的串联耦合。对于双侧栅TFT,我们进一步提出了个三电容静电耦合模型,从定量的层面上解释了侧栅调控TFT阈值电压的现象。(6)通过采用减小射频磁控溅射过程中ITO薄膜厚度的手段,我们成功制备了无结ITO沟道薄膜晶体管。工艺上,我们采用室温射频磁控溅射ITO,通过一块金属掩膜板,就可以一次性制备出TFT的源漏和沟道,使晶体管的沟道和源漏的材料性质和结构尺寸完全一样。我们制作成功了基于柔性纸张的无结TFT,以及栅极和源漏还有沟道全在一个平面上的无结共平面栅透明TFT。实验发现,当射频溅射的ITO厚度下降到一定程度的时候(≤20nm),晶体管具有良好的场效应调制效应。无结ITO沟道TFT的实现为低成本电子器件的设计提供了一种新思路。