寧波材料所在低工作電壓氧化物薄膜晶體管方面取得進(jìn)展
氧化物薄膜晶體管(Thin-film transistors，TFTs)是一類重要的半導(dǎo)體器件，在透明、柔性電子學(xué)器件及便攜式電子學(xué)器件應(yīng)用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)氧化物TFTs通常采用頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)，柵電極對溝道導(dǎo)電性的靜電調(diào)控通過垂直耦合的方式實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，器件通常采用SiO2或高介電常數(shù)氧化物作為柵介質(zhì)，受柵介質(zhì)介電常數(shù)的限制，薄膜晶體管的工作電壓通常高于5V。近年來，人們提出了一類采用離子液電解質(zhì)作為柵介質(zhì)的晶體管，在外電場的作用下，離子液電解質(zhì)中的離子將在離子液/電極界面上聚集，形成界面雙電層，由于極強(qiáng)的界面雙電層效應(yīng)，這類晶體管的工作電壓通常<2V。
近期，寧波材料所科研人員結(jié)合全固態(tài)離子液電解質(zhì)獨(dú)特的離子/電子界面雙電層耦合特性，制作了具有側(cè)向耦合結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜晶體管，柵電極對溝道導(dǎo)電特性的調(diào)控通過側(cè)向耦合的方式實(shí)現(xiàn)。測試表明，側(cè)向耦合的雙電層電容高達(dá)~2μF/cm2。對晶體管性能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)器件在1.5V工作電壓下的開關(guān)比高達(dá)106以上，電子遷移率高達(dá)24cm2/Vs，亞閾值斜率僅為~90mV/dec。將器件與適當(dāng)阻值的電阻相連，獲得了電阻負(fù)載型反相器，在Vdd=1V時(shí)的反相器電壓增益高達(dá)~8。與此同時(shí)，分析了器件的瞬態(tài)響應(yīng)特性，獲得了質(zhì)子弛豫的特征時(shí)間常數(shù)。這種晶體管在低功耗、便攜式器件領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interface(2015), Applied Physics Letters105(2014)243508等雜志上。
上述研究工作了獲得了973課題(2012CB933004)、國家自然科學(xué)基金(11474293)、浙江省自然科學(xué)基金(LY14A040009)及寧波市自然科學(xué)基金(2014A610145)等項(xiàng)目的資助。
側(cè)向耦合氧化物薄膜結(jié)構(gòu)示意圖
電阻負(fù)載型反相器結(jié)構(gòu)及測試結(jié)果
(新能源所 竺立強(qiáng))