基于金属氧化物半导体的电子器件集成

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本文在第1章首先介绍了可穿戴设备、柔性显示器、透明屏幕等应用的需求对柔性电子学和透明电子学发展的促进。接着介绍了柔性电子学和透明电子学中中的有希望得到广泛应用的材料:非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium gallium zinc oxide,以下缩写为α-IGZO)、氧化亚锡(tin monoxide,以下缩写为SnO)等金属氧化物半导体和五氧化二钽(以下用其化学式Ta2O5)金属氧化物介质,其中着重研究了这些材料的历史发展和研究情况,包括材料性能以及相关的应用,紧接着引出本文的研究动机。第2章介绍了常见半导体器件的历史发展、工作原理和相关应用,包括薄膜晶体管(thin film transistor,以下用其缩写TFT)、肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,以下用其缩写SBD)和金属-介质-金属(metal-insulator-metal,以下用其简称MIM)二极管。第3章列出了实验中器件制备和表征的常见方法和设备,包括衬底清洗、射频磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、shadow mask、扫描电子显微镜、紫外曝光、电子束曝光和干法刻蚀。读研期间的实验主要在第4章中介绍,可以分为工艺摸索、器件制备和器件集成三个部分。工艺摸索部分研究了AR-P 5350光刻胶光刻工艺的摸索,IGZO干法刻蚀工艺的摸索,溅射IGZO制备TFT工艺的摸索。器件制备部分详细研究了SnO SBD,讨论了欧姆电极材料和肖特基电极材料的选择,探究了不同结构、不同肖特基金属电极、不同SnO厚度对二极管性能的影响,分析了铝与SnO接触的能带结构。器件制备部分最后研究了了基于Ta2O5的MIM二极管,开关比可达l03。在器件集成部分,基于IGZO的二极管与13.56 MHz射频识别(radio frequency identification,以下用其缩写RFID)天线被集成到柔性聚酰亚胺衬底上,发现基于IGZO的二极管能够整流手机近场通信(near field communication,以下用其简称NFC)发射出的13.56 MHz无线电,有望为无源RFID标签的逻辑控制部分和记忆存储部分提供直流电源。第5章为结论和展望,主要对攻读硕士学位三年期间的工作的总结以及对氧化物半导体器件的后续研究方向的设计。论文的结尾部分主要是论文中的参考文献、攻读硕士学位期间所获得的心得以及致谢。
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