寧波材料所在超低壓雙電層微納晶體管領域取得系列進展

　　薄膜晶體管(Thin-film transistors, TFTs)是一類重要的半導體器件，在平板顯示、傳感器等領域具有廣泛的應用價值。最近幾年，寬帶隙氧化物半導體由于其具有低溫成膜、高電子遷移率、可見光透明等優點，在薄膜晶體管領域引起了人們廣泛的研究興趣。由于常規SiO2柵介質電容耦合較弱，當前薄膜晶體管的典型工作電壓一般大于10V，大大限制了其在便攜式領域的應用。研究表明，離子液、離子凝膠（Ion Gels）具有高達10μF/cm2的低頻雙電層電容。研究人員采用該類雙電層柵介質制作了工作電壓僅為1.0V-2.0V有機薄膜晶體管。但到目前為止，該類柵介質很少用于無機氧化物半導體晶體管器件研制。

　　2009年開始，中科院寧波材料技術與工程研究所萬青課題組在納米SiO2顆粒組成的微孔薄膜體系中觀測到了巨大的雙電層電容，并用該介質薄膜作為柵介質，成功研制了高性能、低壓透明薄膜晶體管，其工作電壓小于1.5V【Appl. Phys. Lett. 95, 152114 (2009); Appl. Phys. Lett. 96, 043114 (2010)】。該論文被Nature Asia Materials作了題為transparent transistors: low power, high performance的Highlight專題報道。在此基礎上，課題組又成功在紙張襯底上，采用全室溫工藝，成功研制了高性能紙張晶體管，并通過氧壓調控技術，實現了晶體管增強型和耗盡型調控【IEEE Trans. on Electron Devices. 57, 2258 (2010)】。另外，課題組還通過簡單浸泡的途徑在SiO2納米顆粒膜中引入Li、H等離子，明顯增強了柵介質的雙電層電容值。接著又成功研制了具有垂直結構的超低壓氧化物雙電層薄膜晶體管【IEEE Electron Device Letters, 31, 1263 (2010)；Appl. Phys. Lett. 97, 052104 (2010)】。

　　最近，課題組又自主開發了一種自組裝工藝，僅僅采用一個掩膜版，一次磁控濺射就在雙電層柵介質上沉積了ITO溝道、ITO源/漏電極，完成了晶體管制作【IEEE Electron Device Letters. 31, 1137 (2010)】。另外，課題組該還用單根SnO2納米線作為晶體管溝道，成功研制了超低壓、全透明納米線雙電層晶體管【Journal of Materials Chemistry, 20, 8010 (2010)】。

　　上述基于氧化物半導體的超低壓雙電層晶體管在低成本、便攜式傳感、顯示器件領域具有廣泛的應用價值。