寧波材料所在新型雙電層薄膜晶體管領(lǐng)域取得新進(jìn)展
近年來，雙柵薄膜晶體管由于其具有可控的閾值電壓調(diào)節(jié)特性而在化學(xué)及生物傳感器領(lǐng)域引起了廣泛的研究興趣。然而，傳統(tǒng)的雙柵晶體管都是基于一種典型的三明治結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體溝道被兩層?xùn)沤橘|(zhì)夾在中間，其實(shí)質(zhì)上可以看做是一個(gè)底柵晶體管和頂柵晶體管的共用溝道復(fù)合晶體管。國際上一些研究小組已經(jīng)相繼報(bào)道了雙柵晶體管在濕度傳感，pH值傳感，病毒生物分子探測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管這些報(bào)道的雙柵晶體管具有比較滿意的器件性能，但是這些器件需要多步的薄膜沉積工藝以及精準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)光刻技術(shù)。因此設(shè)計(jì)和開發(fā)一種具有簡(jiǎn)單器件工藝的高性能雙側(cè)柵晶體管具有重大的研究意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。
近日，中科院寧波材料所所屬新能源技術(shù)所萬青課題組設(shè)計(jì)了一種新型具有雙側(cè)柵結(jié)構(gòu)的低壓雙電層薄膜晶體管，模擬計(jì)算表明，一個(gè)側(cè)柵可以有效地調(diào)控器件的閾值電壓和工作模式。課題組還發(fā)明了一種基于單個(gè)金屬掩膜的自組裝繞射技術(shù)，一次薄膜沉積過程即可巧妙地完成器件的源/漏、兩個(gè)側(cè)柵和溝道薄膜沉積。
圖1：(a)雙側(cè)柵雙電層薄膜晶體管結(jié)構(gòu)和工藝示意圖，(b)器件的光學(xué)顯微照片
圖1(a)雙側(cè)柵薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)和工藝示意圖顯示，利用磁控濺射沉積ITO源、漏和雙側(cè)柵電極時(shí)，保持金屬掩模版和襯底間特定的距離，ITO會(huì)繞射并自組裝到源/漏電極間，形成一層薄薄的溝道。圖1(b)顯示的是該器件的光學(xué)顯微照片，器件的共平面雙側(cè)柵和自組裝溝道都可以很清楚地觀察到。圖2顯示的是器件的第二個(gè)側(cè)柵電極偏置電壓對(duì)該薄膜晶體管轉(zhuǎn)移曲線隨的影響。當(dāng)?shù)诙裁鏂艠O電壓偏置從3V變到-2V時(shí)，器件的閾值電壓隨之從-0.55V變化到0.76V，實(shí)現(xiàn)了器件從典型的耗盡型模式向增強(qiáng)型模式的轉(zhuǎn)變。
圖2：(a)第二個(gè)側(cè)柵電極偏置電壓對(duì)器件轉(zhuǎn)移特性的影響，(b)相應(yīng)的(IDS)1/2-VGS曲線
該類共平面雙側(cè)柵雙電層薄膜晶體管具有工藝步驟簡(jiǎn)單、超低壓工作等特點(diǎn)，在低成本便攜式傳感器領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。有關(guān)結(jié)果發(fā)表在權(quán)威雜志Nano Letters 【Nano Letters, 11, 3987–3990 (2011).】和Applied Physics Letters【Appl. Phys. Lett. 99, 113504 (2011)】上。
（新能源所）