高性能p型NiOx/单壁碳纳米管复合薄膜晶体管研制及物性研究

As the applications of portable equipments in our life, the flat-panel displays that based on metal oxide thin-film transistors (TFTs) are becoming smaller in volume and low power consumption. However, the fabrications of metal oxide based CMOS devices are still limited by the low mobility of p-type metal oxide based TFTs.Moreover, the flexibility of metal oxide still should be further enhanced for portable electronics. So it is emerging to develop high-performance p-type TFTs for high-speed low-power driver circuits. In this project, we propose to fabricate high-performance flexible p-type NiOx/single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) composite thin films with sol-gel method.Through improving the interface characters in the composite TFTs, then high-performance composite p-type NiOx/SWCNTs TFTs. By fabricating high-quality composite thin films on glass and flexible substrates, then accomplish the fabrication of high-performance NiOx/SWCNT TFTs array, which is benefit for developing high-performance metal oxide based transparent electronics.

随着便携式设备的应用，以金属氧化物薄膜晶体管（TFTs）为核心驱动芯片的平板显示器作为人机交互界面得到了长足发展，体积变得小、功耗也变得更低。但是在CMOS器件的开发方面，严重受限于p型TFTs迁移率低。因此，研制高迁移率p型氧化物基TFT变得尤为重要。同时，相关柔性p型金属氧化物的研究表明，其机械柔韧性需要进一步增强以满足新型柔性电子器件的需求。本项目拟利用溶胶-凝胶法制备高性能柔性p型NiOx/单壁碳纳米管（SWCNT）复合薄膜。通过优化介质-半导体、金属-半导体等界面特性，利用微加工技术获得高性能复合TFTs。解决在玻璃和柔性衬底上成膜相关工艺问题，完成大规模高性能p型NiOx/SWCNT TFTs的研制，为高性能金属氧化物基电子器件的研制开辟新思路。

半导体是现代高科技产业的基础，是支持我国经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。本项目主要开展了基于新型半导体材料的晶体管构建和基本逻辑门电路构建工作。发展了精细电子束曝光工艺，实现了高性能晶体管器件的加工；探索了器件结构和界面质量对器件电学性能的影响，提出改善界面质量以及降低电极处接触电阻的有效方法，提升了器件开关比、输出电流，改善器件阈值电压等关键参数。调节器件输出特性，实现低电压高、饱和电流，解决了逻辑器件构建过程中的阻抗匹配和功耗问题。针对金属氧化物的异质集成开展了系统性研究工作，并开发了基于金属氧化物的高性能光电探测器件。并针对二维半导体开展了部分探索性工作，该方面的研究工作与项目任务书中要求的工艺开发存在直接的关联性。实现了基于超薄磷氧化层的忆阻器阵列构建，单个器件的尺寸小于100nm，器件开关比高于10^5，工作电压小于2V。同时，针对晶体管的栅极结构进行合理设计，提出了增强可靠性、稳定性的解决方案，实现了高电流、高迁移率晶体管的研制，沟道长度为150nm时，亚阈值摆幅低于100mV/dec。项目执行期内，以通讯作者发表SCI论文12篇，另有2篇正在投稿过程中，申请相关技术专利2项，目前在审理中。完成项目预期成果。