高性能非晶氧化锌/碳纳米管复合薄膜晶体管研制及射频特性研究

Recently, radio frequency identification could be made of thin film transistors on glass or flexible plastic instead of Silicon-based devices, therefore, the performance of single thin film transistor is a key point for high speed radio frequency circuit. However, the mobility of the conventionial thin film materials, including amorphous silicon, poly-silicon, organics materials, and amorphous metal oxide is too poor not high to be up to high frequency operation. To study this problem, the sol-gel method will be conducted to abtain a large-scale uniform Zinc oxide/carbon nanotubes hybrid thin film transistors. The interface between hybrid thin film and high-k dielectrics, the contact between metal electrode and thin film will be investigated. It is the target of this project to get high performance hybrid thin film transistor with a mobility of 200 cm2/Vs, a low working voltage of 2 V, and a small subthreshold swing of 150 mV/dec. Moreover, the high speed ring oscillator (> 10 MHz)and radio frequency transistor (> 100 MHz) will be achieved as well.

近年来，将薄膜晶体管集成电路制备在玻璃或者塑料基底上组装成新型射频器件，从而取代硅基芯片，因此单个薄膜晶体管的性能对于射频电路来说至关重要。而现有的薄膜晶体管材料，如有机半导体、非晶硅、多晶硅和非晶氧化物等迁移率都不是很高，限制了射频器件工作频率的提高。为了研究这一个问题，本项目拟采用溶胶凝胶方法研制大面积均匀非晶氧化锌/碳纳米管复合薄膜作为半导体沟道层以制备高性能薄膜晶体管。着重研究高介电材料和半导体薄膜材料的界面，改善金属电极和薄膜的接触界面，以及器件的输运机制；期望研制出载流子迁移率达到200 cm2/Vs，工作电压小于2 V和亚阈值斜率小于150 mV/dec的顶栅薄膜晶体管。在此基础上，构筑高性能环形振荡器件（频率达到10 MHz）和高速单管射频器件 （工作截止频率达到100 MHz以上），为进一步制备大面积薄膜场效应晶体管及相应射频器件，并将之推向实用化提供技术支持。

利用溶胶凝胶方法获得大面积非晶氧化锌基/碳纳米管复合薄膜，基于此研制出开关电流比高于10^8，工作电压为0伏和亚阈值斜率为85 mV的顶栅薄膜晶体管。在此基础上，获得相关最佳工艺技术参数，在玻璃衬底上研制高性能射频晶体管的组装，截止频率超过100 MHz。反相器的截止频率超过了10 MHz，组装的环形振荡器的最大振荡频率为4.13 MHz，首次实现了微米级别沟道长度下的MHz非晶氧化物基射频晶体管的构建。.在完成这一系列研究课题的基础上，我们利用在非晶氧化物内部构建有序长程导电通道这一优势，在光电探测方面同样做出了一些有益的探索工作，并实现了电学性能和光电性能的提高。.在学术刊物Adv. Mater.发表学术论文2篇，在Small，App. Phys. Lett.，IEEE Electron Dev. Lett.和IEEE Trans. Electron Devices等重要专业学术杂志发表论文20篇，共发表SCI论文20篇。相关技术授权2项技术专利。