薄膜电子器件为满足高性能电子信息显示器,正在经历着快速的增长,同时也扩大到如柔性电子、可穿戴电子、一次性电子、电子纸和电子皮肤等新型透明电子器件以及太阳能、射频身份识别、光敏探测器、X射线图谱仪等功能型电子器件。由于高新的电子器件性能要求独特,如高光电性、高机械柔韧性、低温度大面积沉积、低成本等,这些都使得传统硅基、有机以及金属氧化物等半导体材料往往很难适应其竞争要求。在过去的十年左右的时间,不同的结构和维度的纳米材料如量子点、纳米线、纳米管、石墨烯、硫化铝以及基于这些纳米结构的复合材料,已经取得了很大的进步,这些纳米材料将会在未来薄膜电子领域起到越来越重要的角色。其中新型复合纳米结构因其良好的兼容性为全新TFTs设计提供了新的思路和途径。这不仅能解决我们面临高性能薄膜电子的关键性挑战,同时也有助于实现薄膜电子大面积沉积或者转移到柔性的塑料衬底上。因此,新型复合纳米结构材料的TFTs将在很大范围内影响现有的电子器件,同时也将广泛应用于计算、通信、存储和显示等重要领域。在不久的将来,这些新型薄膜材料以及其薄膜电子器件将会在超越传统电子产品和技术方面打开一个全新的局面。基于上述的研究背景和研究意义,本论文将以无机纳米结构复合的非晶金属氧化物半导体以及二维结构石墨烯为研究对象,重点研制其复合纳米结构的高性能TFTs,其主要的研究工作如下所述：1.研究TFTs各层结构的制备工艺,主要有溶胶凝胶法制备有源层,光刻工艺和热蒸发来制备接触电极,这些重要的工艺参数将为高质量薄膜转化为高性能薄膜器件提供可靠的保障。2.通过改进的溶胶凝胶法,采用1 mol% In2O3 NCs复合非晶IZO薄膜,获得高性能非晶IZO TFTs,如迁移率为32.6 cm2V-1s-1,开关比为107且透光率高于80%。在此基础上,通过降低Si02层厚度优化复合非晶IZO TFTs的阈值电压和亚阈值摆幅,但其对器件的高迁移率不会产生影响。随后利用这种高性能复合薄膜研制出具有良好整流特性的n-IZO/p-GaN异质结。这种复合的方法在降低了薄膜的制备温度以及免除复杂气氛处理基础上获得了高性能非晶IZO TFTs。更重要的是,这种复合的方法将会为大面积沉积高性能的柔性电子提供一种新思路。3.首先采用0.2 mol% Ca和0.1 mol% Mg分别复合的非晶IGZO TFTs,获得了最优化的电学性能,其迁移率为12.4 cm2V-1s-1和16.7 cm2V-1s-1,亚阈值摆幅0.16V/dec。随后利用10 mol% Li、0.5 mol% Na、1 mol% K分别复合非晶IZO TFTs。得到最优化迁移率依次为22.7 cm2/Vs、20.1 cm2/Vs、19.3 cm2/Vs,重要的是,器件的稳定性和可靠性高。这一实验说明碱土金属和碱金属通过低温、大气环境下的溶胶凝胶方法也能制备具有良好性能的非晶IGZO和IZO TFTs,并且工艺简单、组分易控以及成本低廉,可以为大面积沉积非晶IGZO和IZO柔性电子提供一种可能性。4.希望利用high-k BiFeO3薄膜作为场效应晶体管的介电层。本章中重点研究低温制备的BiFeO3薄膜的磁电性能以及生长机理。通过溶胶凝胶与水热相结合的方法制备La3+掺杂BiFeO3薄膜。利用La3+获得良好的铁电性；水杨酸络合Bi3+和Fe3+在两个相近官能团羟基上；高能量矿化物尿素促进Bi3+和Fe3+在低温时快速结合形成BiFeO3。这种方法制备的BiFeO3在室温下具有较好的磁电性能。5.分别使用1nm厚度金属颗粒Au、Ag、Fe、Y、Zn蒸镀于石墨烯晶体管,用于调制石墨烯狄拉克点。其中Au和Ag可以调制石墨烯狄拉克点为负向偏移。Fe和Y调制为正向偏移。Zn对狄石墨烯拉克点有向左偏移的趋势。整个过程中Y、Fe、Au、Ag、Zn依次对石墨烯晶体管电学性能影响减小。研制出Fe修饰的石墨烯顶栅晶体管,发现石墨烯原本处于负向的狄拉克点被回至零处正向。这一实验为研究金属对石墨烯晶体管性能的影响有着重要意义。