高速砷化铟纳米线铁电顶栅场效应晶体管的研制

铁电存储器是一种在断电时不会丢失信息的非易失存储器，在IC卡、移动电话、坠入式微处理器、航空航天和军事应用等领域显示出极大的潜力和良好的前景。本项目提出一种以具有高电子迁移率砷化铟纳米线替代硅材料作为导电沟道、用铁电介质作为存储顶栅介质绝缘层的新方案，研制MFIS结构铁电场效应晶体管。该器件不仅将具有高密度（导电通道的尺寸小于100纳米）、高速度（单个器件的迁移率高于2000 cm2/Vs，延迟时间小于1 ns）、低功耗（单个器件小于1微瓦）和低工作电压(± 1V)等优点，还可具有非破坏性读出以及结构更加简单紧凑的优势和独立地址（每一个顶栅控制一个单独的器件）。本项目还将详细研究铁电场效应晶体管的物理机制，探索提高存储特性的新方法及新机制。通过深入研究，期望简化了制作工艺，并且给予器件高集成度和高速度。针对这几个关键技术问题，给出可能的解决方法，使得该工作有望在未来一展身手。

课题主要以基于无机材料的薄膜晶体管为研究对象，开展薄膜晶体管器件研制，物性研究等方面的工作。传统的薄膜晶体管一直是以低成本为主要特征的，而低迁移率限制了薄膜晶体管在更高端层次上的应用。因此，实现低成本、高性能薄膜晶体管，将会大大拓宽薄膜电子的应用领域。寻找性能更加优良的半导体材料体系，并开发与之兼容的高速、稳定晶体管阵列成为当前薄膜晶体管发展的迫切需求之一。课题组主要针对高性能薄膜晶体管的一系列问题进行系统深入的研究，重点研究二维材料晶体管中栅介质材料的界面问题，以及金属氧化物/一维纳米结构复合薄膜器件潜力探索等问题。.1..利用溶胶凝胶法制备高性能非晶氧化铟锌/单壁碳纳米管复合薄膜。得到了高达140 cm2/V•s的场效应迁移率，开关比约为107的的薄膜晶体管。同时高机械性能的单壁碳纳米管使得复合薄膜的机械柔韧性也得到了大幅度的提升。通过调节薄膜的组分，控制薄膜晶体管的开启电压，保持器件迁移率在～130 cm2/Vs左右，在工作电压1伏的情况下，延迟时间可以达到2.2纳秒。另外，我们也研究了基于非晶氧化物/纳米线复合薄膜晶体管的光电器件，获得了高透明度的多色可见光探测器件阵列。.2..研究基于二维硫化钼的薄膜晶体管。由于硫化钼材料表面缺乏悬挂键，很难用原子层沉积法获得高质量的介电材料。我们利用不同超薄金属薄膜作为缓冲层，在低温下在硫化钼表面沉积高质量的氧化铪介电薄膜，研制出高电流密度和高迁移率的顶栅硫化钼晶体管。并且利用这种顶栅晶体管组装出高增益的反相器。