MgZnO/MgO多量子阱的生长、物性调控及其场效应晶体管性能研究

The development of the new generation flat-panel display urgently needs high mobility field effect transistor (FET) as driving device.This project focus on the investigation of rock-salt (RS) MgZnO/MgO multiple-quantum-well (MQWs) and the high mobility MQWs-FET, carry out researches on the growth mechanism of RS-MgZnO and carrier control of MQW. The main research contents include: ① The growth of high quanlity RS-MgZnO/MgO MQWs by electron beam evaporation (EB) technology. ② Regulating and controlling the optical band-gap, electronic structure and electric properties of MQWs by optimizing structure and dopping. ③ Constructing MgZnO/MgO MQWs-FET, then measuring the performance of the FETs, including output characteristics, threshold voltage, switch ratio and mobility. ④ Optimizing the structure of FET to increase the switch ratio and mobility, reduce the threshold voltage and sub-threshold slope, which could meet the need of the driver for flat-panel display. This project is aimed at investigating the growth and property modification of MgZnO/MgO MQWs and the performance of high mobility MQWs-FET prototype devices, exploring the general rule of electron structure and electric transport mechanisms in 2D nanomaterials and planar devices. These works may play a guidance and reference role on pushing forward novel FET technology for flat-planel display.

新一代平板显示器的发展迫切需要高迁移率场效应晶体管(FET)为驱动器件。本项目以岩盐矿MgZnO/MgO多量子阱（MQWs）及其FET为研究对象，针对岩盐矿MgZnO的生长机制和MQW载流子浓度的控制两个关键科学问题进行研究。主要研究内容包括：①采用电子束蒸发技术生长高质量岩盐矿MgZnO/MgO MQWs。②利用结构优化和掺杂，实现对MQW光学带隙、电子结构与电学性能的调控。③构建MgZnO/MgO MQWs-FET，检测FET的输出特性、阈值电压、开关比和迁移率等性能。④优化器件结构，提高FET的开关比和迁移率、减小阈值电压和亚阈值斜率，以满足平板显示器驱动的需要。本项目旨在对MgZnO/MgO MQWs的生长、物性调控及其高迁移率FET原型器件的性能作基础研究，探索二维纳米材料及平面器件中电子结构的一般规律及电输运机制。对推动新型平板显示器驱动FET技术具有积极的指导和借鉴作用。

新型逻辑开关器件在集成电路(IC)、平板显示、数据存储等领域具有重要的应用，其发明与研究对推动IC产业的发展具有重要作用。本课题围绕MgxZn1-xO基薄膜、量子阱及场效应晶体管，从能带隙工程、掺杂改性、原型器件工艺和性能等方面开展了系列研究工作。取得的主要成果包括：(1)利用组分调节和人工裁剪，系统地研究了MgxZn1-xO基材料的能带结构工程和带隙图形工程问题。制备了系列晶体结构、生长取向和光学带隙可控、具有高透过率(可见光谱区T>90%)的MgxZn1-xO薄膜及RS-MgxZn1-xO/MgO量子阱；(2)在大晶格失配材料(Mg0.2Zn0.8O&MgO、ZnO&MgO)间实现了具有高质量异质界面的外延生长；(3)获得了源自MgxZn1-xO基材料的紫外及深紫外光发射(4.75 eV@<111> Mg0.2Zn0.8O/MgO、4.53 eV@<110> Mg0.2Zn0.8O/MgO、3.47 eV@<111>ZnO/MgO)；(4)利用非化学计量结构缺陷、阴离子掺杂、氮化物氧化技术实现了对MgxZn1-xO薄膜电学性质的调控；(5)基于MgxZn1-xO薄膜及调制掺杂量子阱构建了晶体管原型器件，从理论和实验两个角度对晶体管的性能进行了研究，并在器件工艺材料上进行了进一步探索。本项目的研究为推动MgxZn1-xO材料在光电信息功能器件领域的应用具有一定的参考作用。