物理学与信息技术学院“70周年校庆系列讲座”：恒元物理学讲座（第026期）研制高性能薄膜晶体管

讲座内容：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电子在更为高端层次上的应用。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，金属氧化物/一维纳米结构复合薄膜器件潜力探索以及氧化锌薄膜器件的稳定性等问题。

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。

3.对传统的氧化锌薄膜晶体管进行可控掺杂和钝化，获得迁移率达到750px²/Vs，回滞小于1 V，高器件稳定性的氧化锌薄膜晶体管。