铟钨氧双电层薄膜晶体管及其人工突触器件应用研究

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目前氧化物薄膜晶体管具有高迁移率、高透光率、高电流开关比、低工作电压等优点而受到广泛关注。最常使用的非晶铟镓锌氧(a-IGZO)具有较好的光透过率和电导率,但a-IGZO中的Ga2O3和Zn O不耐酸,在湿法刻蚀工艺过程中敏感,器件缺乏稳定性。近年来,科研人员发现非晶铟钨氧(a-IWO)具有较高的键解离性和较好的耐酸性,同时具备高稳定性和高迁移率的特性。因此IWO基薄膜晶体管已应用于平板显示、传感器等领域。此外,利用具有双电层效应的电解质作为栅介质层制备的薄膜晶体管器件具有较大的栅电容,只需要很小的工作电压就能驱动器件,产生的功耗也更低,有利于发展便携式设备。近几年,受人脑的启发人们试图从底层出发构建类似于人脑神经网络的电路。所以在仿生器件领域,薄膜晶体管可以用来模拟生物突触实现突触功能。本文中,成功的在导电玻璃衬底以及柔性纸张衬底上制备了以IWO作有源沟道层、壳聚糖电解质溶液作栅介质的双电层薄膜晶体管。制备过程主要为:先在衬底上蒸镀一层底电极;然后在底电极上旋涂一层壳聚糖电解质做栅介质;再利用磁控溅射法沉积IWO沟道层;最后使用热蒸镀法沉积Ag薄膜作为源漏电极。使用半导体参数分析仪对器件进行电学性能测试。测试结果如下:玻璃衬底上的IWO基的双电层薄膜晶体管电学性能良好,器件的阈值电压是0.6V,电流开关比为5*107、场效应迁移率为18 cm2V-1s-1、亚阈值摆幅为111 m V/decade。我们测试了IWO-TFT作为反相器的传输特性曲线,证实器件具有较好的开关能力;以柔性纸张为衬底的IWO基的TFT器件也具有良好的电学性能,其阈值电压是0.2V,电流开关比为1.3*106、场效应迁移率为15 cm2V-1s-1、亚阈值摆幅分别为117 m V/decade。我们还利用柔性IWO-TFT实现了反相器、NAND门、施密特触发器。此外,由于双电层TFT的离子相关的双电层调制原理类似于神经突触的信号传递过程,所以我们还将IWO-TFT作为神经形态晶体管,实现了其仿生功能。综上所述,我们在室温下制备的低压IWO基的双电层薄膜晶体管在柔性电子学、突触仿生器件、集成电路、传感器等领域具有应用价值。
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