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低压壳聚糖栅介质纸张薄膜晶体管

刘欣  
【摘要】:近年来,纸张薄膜晶体管因其成本低廉、可再生等特点受到了广泛关注。但是,在低温条件下制备的纸张薄膜晶体管工作电压都很高,基本上都超过了10V。这样的纸张薄膜晶体管因为工作电压过高,难以应用在如便携设备等要求低工作电压的领域;一部分纸张薄膜晶体管虽然达到了低压的要求,但是制备工艺十分复杂,难以推广应用。针对这些问题,本实验通过开发新型材料和发展新制备工艺来加以解决。本论文主要做了以下工作: (1)制备和优化以非晶氧化铟镓锌材料为沟道层壳聚糖电解质为栅介质的纸张薄膜晶体管。制备出的非晶氧化铟镓锌纸张薄膜晶体管具有非常好的电性能:电容高达4.1μF/cm2,漏电流低于8×10-9A,1.5V的超低工作电压,开关电流比高达4.8×108,亚阈值斜率为90mV/decade,阈值电压0.7V,载流子迁移率约为7.6cm2/Vs。除此之外,本文通过等离子增强化学气相沉积法沉积SiO2作为非晶氧化铟镓锌沟道层的抗氧化层,利用SiO2作为抗氧化层制备的纸张薄膜晶体管在老化一个月后漏电流仍然低于2.0×10-8A,1.5V的超低工作电压,高达1.0×108的开关电流比,90mV/decade的亚阈值斜率,0.75V的阈值电压。用溶胶凝胶法制备的壳聚糖膜层同样表现出良好的双电层效应,其单位电容可达1.0μF/cm2以上。采用旋涂法制备得到的壳聚糖薄膜与衬底黏着性好,有疏松的海绵结构,存在大量的内部空间。我们还结合壳聚糖栅介质的SEM截面图及其化学结构,分析研究了壳聚糖栅介质双电层的形成原理。 (2)使用射频磁控溅射制备薄膜晶体管沟道层的过程中,掩膜板与样品之间保有一定的空隙,通过绕射在源漏电极之间会自动生成沟道层,基于这一发现,本文通过一步掩膜法同时制备源极、漏极以及沟道层,以具有双电荷层效应的壳聚糖薄膜为栅介质,成功制备出以纸张为衬底的超低压薄膜晶体管。这种柔性衬底薄膜晶体管具有良好的电学性能:超低的工作电压仅为0.8V,场效应迁移率为8.1cm2/Vs,亚阈值斜率为80mV/decade,开关电流比为1.2×107。


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