功能层调控对薄膜晶体管电学及传感性能的影响
发布时间：2022-02-09 07:30
薄膜晶体管（thin-film transistor,TFT）是平板显示器、记忆卡、射频识别标签和其他电子设备应用的关键元件。目前的微电子技术几乎完全基于单晶硅技术。虽然基于该技术的器件已经取得了量级的性能提高,但是缺乏大面积制备,柔性和易于加工等特性,因此在许多新的应用领域,该技术并不适用。为了取代传统的硅基技术,溶液制备的有机和金属氧化物半导体和介电体薄膜由于其在室温下的大面积可加工性、低成本、机械柔性和大面积电/形貌均匀性等优点引起了广泛的研究兴趣。然而,有机材料和氧化物材料各有其缺点。有机TFT的主要缺点是迁移率低和稳定性差。而溶液处理的氧化物TFT通常需要较高的退火温度来实现可靠的高性能。与此同时,基于TFT的传感器具有响应速度快、小型化、易加工和高产量等优点。因此,为了克服这些缺点并将高性能的TFT应用于传感器中,本博士论文采用了功能层调控的方法来提高TFT的电学和传感性能,包括有机薄膜晶体管（organic TFT,OTFT）中的介电层调控和半导体调控和金属氧化物TFT中的功能层阴离子掺杂调控。本研究内容分为以下三个部分:1.研究了功能化的生物介电层、复合介电层和介电层表...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常见的四种TFT器件结构图
电子科技大学博士学位论文4DGSTDS=()WICVVVL(1-1)2DGST=()2WICVVL(1-2)其中，C代表介电层的单位电容，W和L分别为导电通道宽度和长度。对于饱和区域，随着VGS电压的逐渐增大，电流驱动力的提升，在漏极附近的载流子密度的耗尽区域会逐渐扩大。迁移率和阈值电压VT，都可以通过图1-2所示的数据利用公式提龋在转移特性数据曲线中，由上式可知，将饱和电流值的平方根与VGS作图，得到斜率为WC/2L，因此所得的X轴截距即为阈值电压VT。同时在饱和区的迁移率可通过ID1/2-VGS曲线提取，如公式1-3所述：D2satGS2()ILVWC=(1-3)在理想情况下，迁移率是半导体的固有性质，但实际上的迁移率通常包括外部因素，如半导体电极接触电阻、介电层或者半导体中的陷阱态密度等。因此，接触电阻和迁移率往往与VGS相关。当施加VGS电压时，迁移率表示在所有能量水平上载流子之间平均的电荷载流子传输的容易程度。较低的VGS诱导的载流子浓度通常也是比较低的，因为他们更容易被陷阱困祝这些外在因素可能会使作为自变量的迁移率和阈值电压的处理复杂化。(a)(b)图1-2TFT器件的典型特性曲线示意图。(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线从图1-2(a)中可以看出，当VGSVT时，TFT工作在亚阈值区，当ID增加一个数量级，所需要的栅极电压的增加值，定义为亚阈值斜率或者亚阈值摆幅（SS），使用公式1-4表述，进一步计算，还可得到TFT的陷阱态密度NSS（公式1-5）。
电子科技大学博士学位论文6图1-3用于TFT的一些常见的有机半导体材料化学结构[25]2002年，Klauk等人合成了具有基于旋涂工艺聚合物（其中包括交联的聚氯乙烯和聚氯乙烯基共聚物）栅极介电层的并五苯（Pentacene）OTFT，获得的器件具有优异的电学特性，包括载流子迁移率可达3cm2/Vs，亚阈值斜率低至1.2V/dec，开/关电流比为105[26]。2003，Podzorov等人制备了基于高质量的红荧烯单晶晶体的p型OTFT。所得的迁移率为8cm2/Vs。在栅极介电层电容为2nF/cm2时，其亚阈值斜率为0.85V/dec。此薄膜晶体管的固有亚阈值斜率比同时期的其他OTFT低1个数量级[27]。2006年，Hamadani等人研究了底接触的Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)薄膜晶体管中金属/有机半导体界面的电荷注入。利用自组装单分子层设计有效的改善了Au的工作函数，增加注入电极的工作函数从而显著地改善空穴注入[28]。2009年，Anthopoulos等人利用6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene
本文编号：3616610
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常见的四种TFT器件结构图
电子科技大学博士学位论文4DGSTDS=()WICVVVL(1-1)2DGST=()2WICVVL(1-2)其中，C代表介电层的单位电容，W和L分别为导电通道宽度和长度。对于饱和区域，随着VGS电压的逐渐增大，电流驱动力的提升，在漏极附近的载流子密度的耗尽区域会逐渐扩大。迁移率和阈值电压VT，都可以通过图1-2所示的数据利用公式提龋在转移特性数据曲线中，由上式可知，将饱和电流值的平方根与VGS作图，得到斜率为WC/2L，因此所得的X轴截距即为阈值电压VT。同时在饱和区的迁移率可通过ID1/2-VGS曲线提取，如公式1-3所述：D2satGS2()ILVWC=(1-3)在理想情况下，迁移率是半导体的固有性质，但实际上的迁移率通常包括外部因素，如半导体电极接触电阻、介电层或者半导体中的陷阱态密度等。因此，接触电阻和迁移率往往与VGS相关。当施加VGS电压时，迁移率表示在所有能量水平上载流子之间平均的电荷载流子传输的容易程度。较低的VGS诱导的载流子浓度通常也是比较低的，因为他们更容易被陷阱困祝这些外在因素可能会使作为自变量的迁移率和阈值电压的处理复杂化。(a)(b)图1-2TFT器件的典型特性曲线示意图。(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线从图1-2(a)中可以看出，当VGSVT时，TFT工作在亚阈值区，当ID增加一个数量级，所需要的栅极电压的增加值，定义为亚阈值斜率或者亚阈值摆幅（SS），使用公式1-4表述，进一步计算，还可得到TFT的陷阱态密度NSS（公式1-5）。
电子科技大学博士学位论文6图1-3用于TFT的一些常见的有机半导体材料化学结构[25]2002年，Klauk等人合成了具有基于旋涂工艺聚合物（其中包括交联的聚氯乙烯和聚氯乙烯基共聚物）栅极介电层的并五苯（Pentacene）OTFT，获得的器件具有优异的电学特性，包括载流子迁移率可达3cm2/Vs，亚阈值斜率低至1.2V/dec，开/关电流比为105[26]。2003，Podzorov等人制备了基于高质量的红荧烯单晶晶体的p型OTFT。所得的迁移率为8cm2/Vs。在栅极介电层电容为2nF/cm2时，其亚阈值斜率为0.85V/dec。此薄膜晶体管的固有亚阈值斜率比同时期的其他OTFT低1个数量级[27]。2006年，Hamadani等人研究了底接触的Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)薄膜晶体管中金属/有机半导体界面的电荷注入。利用自组装单分子层设计有效的改善了Au的工作函数，增加注入电极的工作函数从而显著地改善空穴注入[28]。2009年，Anthopoulos等人利用6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene
本文编号：3616610
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