高性能柔性a-InGaZnO/SWCNT复合薄膜垂直薄膜晶体管的研制

In recent years, the transparent oxide thin film transistor represented by indium gallium zinc oxide has attracted extensive attention and research in the field of flat panel display due to its good electrical properties and high transparency. However, for many applications of indium gallium zinc oxide thin film transistors, the channel length of horizontal channel thin film transistors is often limited by photolithography. In order to overcome this limitation and achieve greater current density and higher integration, the vertical thin-film transistor with vertical structure was born, and the ultra-short channel length of the thin-film transistor was easily realized. In addition, thin film transistor serves as the key core driver of the display, the flexibility of the thin film transistor is crucial for its application as transparent and flexible become the main brand of the future display. This project intends to prepare vertical thin film transistor by a-InGaZnO/SWCNT composite thin-film, and improve the performance of the transistor current density, field effect mobility, electrical stability, low frequency noise, and many other performances by optimizing the preparation technology. This project focuses on the preparation of high-performance flexible a-InGaZnO/SWCNT composite film vertical thin film transistor, on this basis, realizing the building of large area a-InGaZnO/SWCNT composite film vertical thin film transistor logic circuit on flexible substrate preparation.

近些年，以InGaZnO为代表的透明氧化物薄膜晶体管以其电学性能良好及透明度高等优点，在平板显示领域受到了广泛关注。然而，对于InGaZnO薄膜晶体管的诸多应用而言，水平沟道薄膜晶体管的特征尺寸受到了光刻工艺的限制。为了克服这一限制而实现更大电流密度及更高集成度，垂直薄膜晶体管应运而生，轻松实现了薄膜晶体管的超短沟道长度。此外，作为显示器的核心驱动，随着透明柔性成为未来显示器的主打招牌，薄膜晶体管的柔性问题对于其应用也至关重要。本项目拟采用a-InGaZnO/SWCNT复合薄膜制备垂直薄膜晶体管，对晶体管的电流密度、场效应迁移率、电学稳定性及低频噪声等性能进行系统的研究并通过优化制备工艺对性能进行完善，聚焦于制备高性能柔性a-InGaZnO/SWCNT复合薄膜垂直薄膜晶体管，并在此基础上，通过在柔性衬底上的大面积制备来构建基于a-InGaZnO/SWCNT复合薄膜垂直薄膜晶体管的逻辑电路。

由于水平沟道的场效应晶体管受到光刻工艺的限制，为了解决这一限制而制备出更大电流密度的以及更高集成度的场效应晶体管，本项目主要围绕垂直结构场效应晶体管的研制开展相关的研究，并在此基础上对项目内容进行了一定的补充和扩展，通过优化器件结构制备新型结构器件，并在此基础上实现高增益低功耗逻辑器件的构建。根据研究内容所取得的主要研究成果为：（1）氧化锌基薄膜晶体管性能的优化。通过金属锂掺杂提升氧化锌基薄膜晶体管的性能，使其场效应迁移率达到28.5 cm2/V·s；利用氢等立体处理使氧化锌基薄膜晶体管的场效应迁移率提升到18.5 cm2/V·s；采用插入超薄层的双层结构来提升氧化锌基薄膜晶体管性能，其场效应迁移率达到53.6 cm2/V·s。（2）高增益低功耗逻辑电路的构建。在一块硒化钨上构建了高性能互补反相器，电压增益为32，噪声容限接近0.5VDD；利用硫化钼纳米带提升硫化钼晶体管的迁移率，制备高性能互补反相器。（3）利用金属半导体结构制备出亚阈值摆幅接近60 mV/dec的场效应晶体管。（4）10 nm沟道大电流密度的垂直结构硫化钼场效应晶体管研制。本项目的研究内容将有效的促进氧化物薄膜晶体管的发展，并为利用新型结构器件来提升晶体管性能提供新的研究思路。在本项目的资助下，以第一作者及通讯作者发表论文6篇，另外有1篇正在投稿中，申请发明专利2项，正在审理中，培养在读研究生5名，获批国家自然科学基金联合项目1项，该项目是本项目研究内容的延伸。本项目按照研究计划进行开展，完成了项目预期成果。