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P型氧化物薄膜晶体管取得新突破—低温溶液法制备高性能透明Cu:NiO薄膜电子器件

以InGaZnO为代表的N型氧化物薄膜晶体管(TFT)已经商业化应用于显示领域。然而,由于缺乏具有高迁移率、性能稳定且易于制备的P型氧化物材料,相关P型氧化物TFT的发展受到严重制约。相比于N型氧化物TFT,P型氧化物TFT在显示技术领域具有更明显的优势,其为OLED阳极提供空穴电流时不会影响漏极电流,能实现更高质量的显示应用。此外,P型氧化物TFT也是互补金属氧化物半导体(CMOS)的必需组成部分。与单一极性MOS电路相比,CMOS电路具有静态功耗低,抗干扰能力较强,能源利用率高等优点。目前,对于P型氧化物材料的研究主要集中在ZnO的P型掺杂方面,但实现起来非常困难,而且器件的环境稳定性较差。除此之外,对于P型氧化物TFT的研究仍然处于初级阶段。截至目前,能够证实为P型氧化物的TFT材料屈指可数,只有SnO、Cu2O、CuO、NiO等少数几种材料,且性能远远达不到N型氧化物TFT的水平。因此,氧化物TFT发展的当务之急是研究发展与N型氧化物材料性能相匹配的P型氧化物材料。

P型氧化物薄膜晶体管取得新突破—低温溶液法制备高性能透明Cu:NiO薄膜电子器件

近日,青岛大学单福凯课题组在P型氧化物研究领域取得重要进展。该课题组利用溶液旋涂技术和“燃烧合成(combustion)”工艺在低温下(150oC)制备了P型Cu掺杂NiO(Cu:NiO)半导体薄膜。Cu的掺入实现了NiO价带的非局域化,有效提高了空穴迁移率。研究人员进一步将Cu:NiO沟道层与ZrO2高k介电层进行了集成,制备了低压(2 V)操作的P型Cu:NiO TFT,展现了良好的电学性能。另外,该工作基于P型氧化物TFT制备了逻辑门器件,并且首次实现了P型氧化物TFT对于LED显示单元的有效调控。这些成果对于低功耗、便携、透明和柔性P型氧化物电子器件的研究发展具有重要的意义。相关论文在线发表在Advanced MaterialsDOI: 10.1002/adma.201701599)上。

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