金属氧化物纳米纤维的焊接及其在场效应晶体管中的应用研究

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金属氧化物纳米纤维由于其特殊的物理和电学性质,已经引起了人们的广泛关注,它们在场效应晶体管(FETs)制备方面具有广阔的应用前景。近年来,已经有多种制备金属氧化物纳米纤维的方法相继被研发,如气相法、液相法和模板法等。在这些方法中,静电纺丝由于其独特的优点,包括相对较低的制造成本、高通量和大规模制造的可能性等被认为是最具优势的一种纤维制备工艺。此外,静电纺丝可用于制备各种纳米纤维(例如有机物、无机物和复合材料)。金属氧化物纳米纤维基FETs已经被广泛地研究,但现阶段仍有一些问题有待解决,包括:(1)堆叠的纳米纤维之间结合处的接触性差以及纳米纤维与衬底之间的附着力差;(2)形成金属氧化物的退火温度过高;(3)急需寻找无铟的代替材料。为了解决以上问题,得到高性能的金属氧化物纳米纤维FETs,本论文进行了以下研究:1.自焊接低温制备金属氧化物纳米纤维及其在电子器件中的应用。实验以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为聚合物,环氧树脂为添加剂,利用静电纺丝技术制备了氧化铟(In2O3)纳米纤维。由于PMMA优异的化学性能,实验最终在相对较低的退火温度下制备了具有无堆叠形态的In2O3纳米纤维。并采用扫描电子显微镜,红外光谱和X射线衍射对焊接的In2O3纳米纤维进行了形貌及结构表征,系统的研究了基于焊接的In2O3纳米纤维的FETs的电学性能。结果表明,在320°C退火的In2O3纳米纤维的场效应管具有较好的电学性能,包括的5×107开关比(Ion/Ioff)、1.27 cm2/Vs的迁移率(μFE)、-8 V的阈值电压(VTH)和小的迟滞5 V。最后制备并测试了4×5单元的器件阵列,证实了场效应晶体管优异的可靠性和重现性。2.基于焊接形态SnGaO纳米纤维场效应晶体管的制备及其性能的研究。实验采用静电纺丝技术制备了不同组分的Sn1-xGaxO纳米纤维,并构建了基于Sn1-xGaxO纳米纤维的FETs。系统的研究了不同的Ga,Sn组分对FETs电学性产生的影响。为了增强Sn1-xGaxO纳米纤维的机械性能,实验引入含有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和PMMA的共混聚合物,实现了Sn1-xGaxO纳米纤维的焊接。实验发现通过焊接工艺可以有效地促进Sn1-xGaxO纳米纤维中载流子的传输,并且基于焊接Ga0.2Sn0.8O纳米纤维/SiO2的FETs具有最佳的电学性能。当高k氧化锆(ZrOx)作为介电层集成到FETs中时,基于Ga0.2Sn0.8O纳米纤维/ZrOx的FET表现出较高的稳定性和优越的性能,包括5.2 cm2/Vs的迁移率和1.5×106的开关比。证实了Ga0.2Sn0.8O纳米纤维/ZrOx的FET有利于促进低功耗、低成本和高性能无铟FET器件的发展。
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