基于氧化铟纳米线场效应晶体管制备及其电学性能研究

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随着近些年来纳米科技的迅猛发展,纳米材料及器件的研究已成为相关领域的研究热点。氧化铟(In2O3)纳米线因其具有较大的禁带宽度、可见光区域的高透明性及稳定的化学性质等特性,广泛应用于传感器、催化剂和场效应晶体管等领域。本文针对In2O3纳米线开展了以下的工作。1.制备并表征In2O3纳米线的材料结构。本文以In2O3粉末、石墨粉末为制备原料,表面预先沉积的金纳米颗粒的硅片作为基底,金纳米颗粒充当催化剂,利用化学气相沉积法制备出In2O3纳米线材料。随后对其进行表征。结果表明,制备的材料的晶体结构为立方晶型,材料沿该晶面指数(222)优先生长,有较高的结晶度。数量较为可观,尺寸分布均匀且比较细。2.设计并制备了三种不同栅极绝缘层的In2O3纳米线场效应晶体管(Field Effect Transistors,FET)。本文分别以氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)和氧化铪(HfO2)三种材料作为栅极绝缘层,In2O3纳米线材料为有源层,硅片作为衬底,金与铬金属材料为电极的In2O3纳米线FET。3.测试并分析了不同类型的In2O3纳米线FET的电学性能。本文分别对Si3N4、SiO2和HfO2充当三种栅极绝缘层的In2O3纳米线FET进行了电学性能测试,其开关比分别高达107、106和108,阈值电压值分别为-2.8 V、-3.2 V和-12.1 V,场效应迁移率分别约为120 cm2 V-1 s-1、40 cm2 V-1 s-1和115 cm2 V-1 s-1,器件的亚阈值斜率分别为0.17 V/dec、0.15 V/dec和0.18 V/dec。结果表明,本文设计并制备的三类In2O3纳米线FET器件均为增强型FET,但各自的电学性能特点有所不同:Si3N4栅绝缘层FET迁移率较高,SiO2栅绝缘层FET开关比与亚阈值斜率性能较为良好。上述分析对于In2O3纳米线FET的制备与应用具有一定的指导意义。
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