聚乙烯醇基底上氧化物薄膜晶体管的制备及其特性

蔡乾顺; 杨帆; 王超; 王艳杰; 杨小天

doi:10.37188/CJLCD.2022-0211

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聚乙烯醇基底上氧化物薄膜晶体管的制备及其特性

器件物理及器件制备 | 更新时间：2022-11-22

- 聚乙烯醇基底上氧化物薄膜晶体管的制备及其特性
- Preparation and properties of oxide thin film transistors on polyvinyl alcohol substrate
- 液晶与显示 2022年37卷第12期页码：1546-1552
- 作者机构：
  
  1.吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室，吉林长春 130188
  2.吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春 130188
  3.吉林师范大学，吉林四平 136099
- 作者简介：
  
  [ "蔡乾顺（1997—），男，浙江宁波人，硕士研究生，2020年于吉林建筑科技学院获得学士学位，主要从事瞬态金属氧化物薄膜晶体管的研究。E-mail：jimmycai007@foxmail.com" ]
  [ "杨帆（1986—），男，吉林长春人，博士，讲师，2016年于吉林大学获得博士学位，主要从事半导体材料与器件方面的研究。E-mail：ctpnxn@163.com" ]
- 基金信息：
  
  吉林省科技发展计划(20200201177JC);吉林省科技厅中央引导地方科研项目(202002012JC);吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20210256KJ;JJKH20210277KJ;JJKH20210276KJ)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0211
  中图分类号：
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蔡乾顺, 杨帆, 王超, 等. 聚乙烯醇基底上氧化物薄膜晶体管的制备及其特性[J]. 液晶与显示, 2022,37(12):1546-1552.

CAI Qian-shun, YANG Fan, WANG Chao, et al. Preparation and properties of oxide thin film transistors on polyvinyl alcohol substrate[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2022,37(12):1546-1552.
蔡乾顺, 杨帆, 王超, 等. 聚乙烯醇基底上氧化物薄膜晶体管的制备及其特性[J]. 液晶与显示, 2022,37(12):1546-1552. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0211.

CAI Qian-shun, YANG Fan, WANG Chao, et al. Preparation and properties of oxide thin film transistors on polyvinyl alcohol substrate[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2022,37(12):1546-1552. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0211.

摘要

本文介绍了聚乙烯醇（PVA）衬底薄膜晶体管（TFT）的器件制备、电学性能分析和器件溶解特性的演示。该器件以高介电材料氧化铪（HfO,2,）作为绝缘层，铝掺杂氧化锌（AZO）作为有源层，铝作为栅极、源级与漏极。采用低温磁控溅射（PVD）法成功在PVA衬底上制备出高介电常数（高,k ,）绝缘层的薄膜晶体管，并基于该器件的绝缘层结构做了进一步优化：利用氧化铪（HfO,2,）氧化铝（Al,2,O,3,）的叠层结构作为绝缘层。结果表明相比于单层氧化铪绝缘层结构的TFT，叠层结构绝缘层的TFT器件性能更优，具有更低的漏电流、更高的开关比和较低的亚阈值摆幅，更适合作为聚乙烯醇衬底薄膜晶体管的绝缘层。“三明治”叠层结构绝缘层的器件开/关比达到2.5×10,6, ，阈值电压为10.6 V，亚阈值摆幅为0.53 V·dec,-1,，载流子迁移率为3.01 cm,2,·V,-1,·s,-1,。

Abstract

This paper prepared thin film transistors （TFT） on polyvinyl alcohol （PVA） substrate， investigated the electrical properties and dissolution characteristics of the transient device. The device uses the high dielectric material hafnium oxide （HfO,2,） as the insulating layer，aluminum-doped zinc oxide （AZO） as active layer， aluminum is used as gate， source stage and drain.The thin-film transistors with high dielectric constant （high ,k,） insulation layer were successfully prepared on the PVA substrate by using the high-temperature magnetron sputtering （PVD） method.Meanwhile， the insulation layer structure based on the device is further optimized，using the laminate structure of hafnium oxide （HfO,2,） alumina （Al,2,O,3,） as the insulating layer.The results show that compared with the TFT of the single-layer hafnium oxide insulation layer structure， the TFT devices of the insulating layer of the stacked layer structure have a better performance.With lower leakage current， higher on/off ratio and lower subthreshold swing amplitude， it is more suitable as the insulating layer of the polyvinyl alcohol substrate thin film transistor.Among them， the ,I,on,/,I,off, ratio， the threshold voltage， the subthreshold swing and the carrier mobility of the sandwich-stacked structure are 2.5×10,6,， 10.6 V， 0.53 V·dec,-1, and 3.01 cm,2,·V,-1,·s,-1,，respectively.

关键词

薄膜晶体管瞬态电子学聚乙烯醇（PVA）可溶解叠层结构绝缘层

Keywords

thin-film transistortransient electronicspolyvinyl alcohol （PVA）dissolubleinsulation layer of stacked structure

references

GREENPEACE. The E-waste problem ［EB/OL］. ［2021-04］. https：//www.greenpeace.org/usa/toxics/green-electronics/https://www.greenpeace.org/usa/toxics/green-electronics/. doi: 10.31509/2658-607x-2021424http://dx.doi.org/10.31509/2658-607x-2021424

TORRICELLI F， ALESSANDRI I， MACCHIA E， et al. Green materials and technologies for sustainable organic transistors ［J］. Advanced Materials Technologies， 2022， 7（2）： 2100445. doi: 10.1002/admt.202100445http://dx.doi.org/10.1002/admt.202100445

HAN W B， YANG S M， RAJARAM K， et al. Materials and fabrication strategies for biocompatible and biodegradable conductive polymer composites toward bio-integrated electronic systems ［J］. Advanced Sustainable Systems， 2022， 6（2）： 2100075. doi: 10.1002/adsu.202100075http://dx.doi.org/10.1002/adsu.202100075

郭瑞，赛明泽，张敏，等.壳聚糖接枝聚乙烯吡咯烷酮复合碘膜的制备及其性能［J］.应用化学，2015，32（5）：498-503. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2015.05.140307http://dx.doi.org/10.11944/j.issn.1000-0518.2015.05.140307

GUO R， SAI M Z， ZHANG M， et al. Preparation and performance of chitosan grafted polyvinyl pyrrolidone film with iodine ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry， 2015， 32（5）： 498-503. （in Chinese）. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2015.05.140307http://dx.doi.org/10.11944/j.issn.1000-0518.2015.05.140307

RULLYANI C， RAMESH M， SUNG C F， et al. Natural polymers for disposable organic thin film transistors ［J］. Organic Electronics， 2018， 54： 154-160. doi: 10.1016/j.orgel.2017.12.034http://dx.doi.org/10.1016/j.orgel.2017.12.034

HWANG S W， LEE C H， CHENG H Y， et al. Biodegradable elastomers and silicon nanomembranes/nanoribbons for stretchable， transient electronics， and biosensors ［J］. Nano Letters， 2015， 15（5）： 2801-2808. doi: 10.1021/nl503997mhttp://dx.doi.org/10.1021/nl503997m

BETTINGER C J， BAO Z N. Organic thin-film transistors fabricated on resorbable biomaterial substrates ［J］. Advanced Materials， 2010， 22（5）： 651-655. doi: 10.1002/adma.200902322http://dx.doi.org/10.1002/adma.200902322

SILVA G G D， SOBRAL P J A， CARVALHO R A， et al. Biodegradable films based on blends of gelatin and poly （vinyl alcohol）： effect of PVA type or concentration on some physical properties of films ［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2008， 16（4）： 276-285. doi: 10.1007/s10924-008-0112-9http://dx.doi.org/10.1007/s10924-008-0112-9

YU X W， MAHAJAN B K， SHOU W， et al. Materials， mechanics， and patterning techniques for elastomer-based stretchable conductors ［J］. Micromachines， 2017， 8（1）： 7. doi: 10.3390/mi8010007http://dx.doi.org/10.3390/mi8010007

WILK G D， WALLACE R M， ANTHONY J M. High-κ gate dielectrics： current status and materials properties considerations ［J］. Journal of Applied Physics， 2001， 89（10）： 5243-5275. doi: 10.1063/1.1361065http://dx.doi.org/10.1063/1.1361065

LIN W K， LIU K C， CHANG S T， et al. Room temperature fabricated transparent amorphous indium zinc oxide based thin film transistor using high-κ HfO2 as gate insulator ［J］. Thin Solid Films， 2012， 520（7）： 3079-3083. doi: 10.1016/j.tsf.2011.11.039http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2011.11.039

WANG H， WANG Y， ZHANG J， et al. Interface control and leakage current conduction mechanism in HfO2 film prepared by pulsed laser deposition ［J］. Applied Physics Letters， 2008， 93（20）： 202904. doi: 10.1063/1.3033526http://dx.doi.org/10.1063/1.3033526

LEE Y K， MANIRUZZAMAN M， LEE C， et al. PEDOT gate electrodes with PVP/Al2O3 dielectrics for stable high-performance organic TFTs ［J］. Electronic Materials Letters， 2013， 9（6）： 741-746. doi: 10.1007/s13391-013-6004-8http://dx.doi.org/10.1007/s13391-013-6004-8

李欣予，王若铮，吴胜利，等.绝缘层材料及结构对薄膜晶体管性能的影响［J］.液晶与显示，2017，32（5）：344-351. doi: 10.3788/yjyxs20173205.0344http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20173205.0344

LI X Y， WANG R Z， WU S L， et al. Effect of insulating layer material and structure on performance of thin film transistors ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays， 2017， 32（5）： 344-351. （in Chinese）. doi: 10.3788/yjyxs20173205.0344http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20173205.0344

HILL R M. Poole-Frenkel conduction in amorphous solids ［J］. The Philosophical Magazine： A Journal of Theoretical Experimental and Applied Physics， 1971， 23（181）： 59-86. doi: 10.1080/14786437108216365http://dx.doi.org/10.1080/14786437108216365

KOO J B， KU C H， LIM S C， et al. Hysteresis and threshold voltage shift of pentacene thin-film transistors and inverters with Al2O3 gate dielectric ［J］. Applied Physics Letters， 2007， 90（13）： 133503. doi: 10.1063/1.2717015http://dx.doi.org/10.1063/1.2717015

TAOURIRIT T E， MEFTAH A， SENGOUGA N. Effect of the interfacial （low-κ SiO2 vs high-κ Al2O3） dielectrics on the electrical performance of a-ITZO TFT ［J］. Applied Nanoscience， 2018， 8（8）： 1865-1875. doi: 10.1007/s13204-018-0866-xhttp://dx.doi.org/10.1007/s13204-018-0866-x

严剑飞，吴志明，太惠玲，等.不同沟道宽长比有机薄膜晶体管性能的研究［J］.半导体光电，2011，32（1）：52-55，108. doi: 10.1016/S0021-9673(01)92591-9http://dx.doi.org/10.1016/S0021-9673(01)92591-9

YAN J F， WU Z M， TAI H L， et al. Study on the performance of organic thin film transistors with different ratio of channel width to length ［J］. Semiconductor Optoelectronics， 2011， 32（1）： 52-55， 108. （in Chinese）. doi: 10.1016/S0021-9673(01)92591-9http://dx.doi.org/10.1016/S0021-9673(01)92591-9

VALLETTA A， MARIUCCI L， FORTUNATO G， et al. Surface-scattering effects in polycrystalline silicon thin-film transistors ［J］. Applied Physics Letters， 2003， 82（18）： 3119-3121. doi: 10.1063/1.1571960http://dx.doi.org/10.1063/1.1571960

张雪锋，邱云贞，张振娟，等.叠层高k栅介质中远程界面粗糙散射的理论模型［J］.固体电子学研究与进展，2010，30（2）：180-183，217. doi: 10.3969/j.issn.1000-3819.2010.02.005http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-3819.2010.02.005

ZHANG X F， QIU Y Z， ZHANG Z J， et al. A theory model on remote-interface-roughness-scattering from high-κ/interlayer dielectric stacks ［J］. Research & Progress of SSE， 2010， 30（2）： 180-183， 217. （in Chinese）. doi: 10.3969/j.issn.1000-3819.2010.02.005http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-3819.2010.02.005

JIN S H， KANG S K， CHO I T， et al. Water-soluble thin film transistors and circuits based on amorphous indium-gallium-zinc oxide ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2015， 7（15）： 8268-8274. doi: 10.1021/acsami.5b00086http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b00086

JIA X T， WANG C Y， RANGANATHAN V， et al. A biodegradable thin-film magnesium primary battery using silk fibroin-ionic liquid polymer electrolyte ［J］. ACS Energy Letters， 2017， 2（4）： 831-836. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00012http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00012

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