光电薄膜与其他电子器件

1、薄膜晶体管器件

    采用high-κ栅介质的金属氧化物薄膜晶体管也是本研究小组的重要研究方向之一。为了获得较高迁移率以及高驱动电流的薄膜晶体管器件,本研究小组研究人员对有源层、栅绝缘层材料以及源漏电极等几个对器件影响至关重要的组成部分进行了深入研究。用脉冲激光沉积法制备了用于薄膜晶体管器件有源层的氧化铟镓锌薄膜(IGZO),薄膜最高的霍尔迁移率达到了54 cm^2/V•s。利用半导体性质的IGZO薄膜作为有源层,成功制备了场效应迁移率为5.8 cm^2/V•s,电流开关比为2×10^5的薄膜晶体管。用反应磁控溅射方法制备了高介电常数介质HfOxNy,详细研究了其结构、光学和电学特性。提出并制备了HfOxNy/HfO2/HfOxNy叠层栅结构的IGZO-TFT器件,得到了良好的输出特性,并发现HfOxNy的引入可以降低界面态,改善了MIS界面质量。相关研究成果发表在IEEE Electron Dev Lett.,J. Phys. D: Appl. Phys.等学术期刊上。

图1 HfOxNy/HfO2/HfOxNy叠层栅结构的IGZO-TFT器件(IEEE Electron Device Letters, 31 (8), August 2010)

2、紫外光敏探测器件
    本研究小组在薄膜及纳米材料的制备、表征、分析研究经验基础上进行的异质结光敏探测器研究取得了一定进展,申请了多项中国发明专利,发表了多篇研究论文。

有关硅纳米线/聚二烷氧基芴异质结光敏、光伏器件(J Appl Phys 2007,102:083516)方面的工作被国际重要综述性刊物Materials Science and Engineering R (2008, 61: 59-77, 影响因子17.7) 一文多次引用、摘录及评论,认为:“纳米尺度的结可以大大提高载流子的注入效率”。

    此外,利用第三代半导体ZnO材料大的禁带宽度等优势,制备了基于ZnO纳米杆的一系列紫外探测器件,光响应度、响应时间、波长选择性等光敏性能逐步提升。由于中深紫外波段为日盲区,紫外探测器的工作不会受到太阳光的干扰,因此高性能的紫外探测器在军事及民用上都有重大的应用价值。

图2 异质结深紫外探测器(Appl. Phys. Lett. 94, 013503, 2009)

图3 基于边缘选择性横向生长的ZnO纳米线阵列的紫外探测器(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2 (7), pp 1973–1979)

3、其他电子器件

    本研究小组在ZnO等半导体薄膜材料、纳米材料及相关光电子器件研究基础上,利用其特性,进行其他应用电子器件研究,如应力传感器、电致变色器件等。

图4 柔性氧化锌纳米杆应力传感器(CMOS场效应管及逻辑门)(Appl. Phys. Lett., 2010, 97(24),243504)

图5 基于氧化锌纳米结构的柔性电致变色器件(字符显示)(Nanotechnology, 20, 2009, 1853042009)

发表评论