基于低温溶液工艺的氧化物半导体器件及其应用的研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FlyinginSky
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
现代显示技术对高性能薄膜晶体管(Thin film transistor,TFT)的需求促进了氧化物半导体(Oxide semiconductor)的快速发展。近年来,氧化物半导体对低成本工艺的追求使得新型溶液工艺备受关注,其具备工艺简单、化学成分易控制、与大面积打印技术兼容的优势。在溶液法制备Oxide TFT研究的初期,研究者多致力于高性能的半导体层的研发,用于制备半导体层的前驱体有金属盐类溶液和氧化物纳米颗粒的悬浮液体,通常需进行至少400℃的退火。然而为了在柔性衬底上实现TFT器件,器件的制备温度需控制在200℃以下。另一方面,绝缘层的物理、化学、电学性能对金属-绝缘层-半导体结构的晶体管至关重要。目前大部分溶液法Oxide TFT中,很少器件的半导体层和绝缘层均采用溶液工艺制备,而且关于低温溶液法制备的绝缘层也鲜有报道。本文工作将致力于低温溶液工艺制备的Oxide TFT的半导体层和绝缘层的研究,对所制备的器件进行简单的电路的设计与实现,并与氧化物的紫外光探测器相集成。  首先是对半导体层的研究,以非掺杂的氧化锌(Zinc oxide,ZnO)半导体为研究对象,探索了锌氨络合物前驱体溶液制备氧化物半导体层。从退火温度、退火环境、退火时间和旋涂工艺几个方面对ZnO半导体层进行优化,以改善ZnO TFT的器件性能。另外,还研究的了封装对ZnO TFT的影响,未封装的器件由于其半导体层背表面暴露于大气中,与环境中气体分子相互作用,ZnO TFT体现严重的回滞现象,且恒压偏置稳定性较差。采用低温(75℃)溶液法的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)薄膜对器件进行封装后,ZnO TFT的可靠性得到了明显的改善。在半导体层退火温度仅为200℃的条件下,所制备的ZnO TFT的迁移率为0.9cm2/V·s,开关电流比为107,亚阈值摆幅为0.6V/dec。  在绝缘层方面,分别尝试了低温溶液法的有机聚合物绝缘材料和无机金属氧化物。将溶液法制备的紫外光交联的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA),用作ZnO TFT的绝缘层,在合适的工作电压范围内,器件体现良好的晶体管性能,迁移率为0.4cm2/V·s,开关比接近104。并采用PVA绝缘层,在PEN衬底上实现了柔性的ZnO TFT,器件的各项参数与玻璃衬底上实现的器件基本相同,经过100次弯曲测试后,器件仍体现良好的晶体管性能。利用溶液法、紫外光退火工艺制备了5nm厚的高介电常数的(k)氧化锆(Zirconium dioxide,ZrO2)薄膜,其击穿强度高达18MV/cm。将该绝缘层用作溶液法的ZnO TFT的绝缘层时,器件的整个制备过程的退火温度可控制在150℃以下,且实现了低工作电压(3V) ZnO TFT,器件的迁移率为0.45cm2/V·s,开关电流比为105,阈值电压为0.1V,亚阈值摆幅为0.25 V/dec。  基于上述以ZrO2为绝缘层的低电压(<3V)ZnO TFT,进行简单电路的设计与实现。在驱动电路方面提出了一种有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)集成技术,将底发光的OLED面板与驱动电路背板分别制备在两个衬底上,通过面板与背板的集成形成顶发光效果的AMOLED。通过玻璃上制备的n型低电压ZnO TFT作为简化的驱动电路,来驱动底发光结构的蓝光OLED,验证了方案的可行性。这种n型TFT构成的像素电路与底发光结构OLED相集成的技术有效的提高了像素的开口率。在基本逻辑电路方面,基于低电压的ZnO TFT实现了n型单极性反相器,在供电电压仅为3V的工作条件下,反相器的增益达到-26。考虑到氧化物半导体难以实现p型器件,将n型ZnO TFT与同样低电压的p型有机薄膜晶体管相结合,在相同的衬底上利用两种TFT实现了溶液法、低电压、互补型反相器,反相器能展现理想的电压反转功能,增益为-15.7。  最后,利用ZnO半导体的紫外光敏感性,以低温溶液法的ZnO薄膜作为紫外光探测器的敏感材料,对比了欧姆接触和肖特基接触的紫外光探测器的区别,并探讨封装对不同接触器件的影响。结果表明银电极与ZnO形成了典型的肖特基接触,所制备的光探测器的响应速度取决于肖特基结附近的内建电场,封装过的器件的响应速度达到3s左右。并基于肖特基接触的紫外光探测器,提出一种在同一衬底上,利用相同的ZnO半导体层,将制备的ZnO TFT与紫外光探测器相集成的方案,在合适的电压信号控制下,TFT能有效的将紫外光探测器输出的电流信号转换成电压信号输出。
其他文献
近年,现代通信业务朝着多媒体方向突飞猛进地发展着,由于无线通信在移动性、灵活性、隐蔽性和保密性,以及相应发展潜力上具有无可替代的优势,其在各国政治、经济、军事和国家安全
直接转矩控制(Direct torque Control, DTC)理论一经提出便受到了人们的广泛关注,不同于矢量控制,直接转矩控制摒弃了解耦的思想,不再需要模仿直流电动机的数学模型,而是通过检测电机定子电压和电流,借助瞬时空间矢量理论实现对磁链和转矩的直接控制。虽然直接转矩控制系统有诸多优点,但由于发展时间不长,还存在一些不足和局限。至今,仍然有大量的国内外学者对DTC不断进行改进和完善,提出了
分析了BST薄膜内的成分不均匀现象,BST溶胶质量的好坏是造成BST薄膜内成分起伏的原因之一.通过抑制BST溶胶的水解,BST薄膜的晶粒大小,表面形貌和介电特性都有所改善,用朗道相
飞秒激光具有超短脉冲宽度(1fs=10-15s)、超高峰值功率的特点,飞秒激光与物质作用表现出的非线性和准热绝缘特性使其在微纳加工领域有着重要的应用。飞秒激光可以用于制备高性能
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种新型半导体激光器.它是光子学器件在集成化方面的重大突破,具有单纵模运行、圆截面出射光、易于构成二维阵列、适于在线晶片级测试等优越性
随着社会经济的发展,Ⅱ型糖尿病成为影响人类健康的主要问题。而胰岛素为体内唯一降血糖激素,胰岛素通过胰岛素信号通路调节全身血糖稳态,信号通路紊乱造成胰岛素抵抗,从而进一步
从古至今,保密通信都享有特殊的重要性。当今信息社会对于保密信息的安全传输有着广泛的需求,商业贸易、网络通信等都需要防范窃听者的侵入。同时,计算机的飞速发展使破译手段越
数字通信信号调制识别在通信对抗中意义重大,它是信号筛选和解调的基础.信号的重要参数的估计,可以更好地去除干扰,为进一步正确识别和解调创造了条件.该文分析了各种不同的
研究了射频磁控溅射法制备BST薄膜的动力模型,根据等离子体动力学推导出了离子的运动方程,从而指出了前驱体(靶材)的被溅射情况.在控制了靶的变形和SrO的挥发等问题的基础上,
BACnet协议的原理和Java,UML等相关技术.接着使用面向对象的分析设计方法,按照迭代的软件开发过程描述了基础平台的几个开发阶段:系统需求部分描述了功能需求和非功能需求规