《柔性基底碳納米管薄膜器件閾值電壓非穩機理研究》是依託復旦大學，由仇志軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：柔性基底碳納米管薄膜器件閾值電壓非穩機理研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：仇志軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管網路結構薄膜器件避免了單根碳納米管所帶來的個體差異和製備工藝上的複雜性，並且具有在任意柔性襯底上通過噴墨印刷工藝實現的優點，而成為目前工業界和學術界研究熱點。然而碳納米管薄膜器件中的閾值電壓非穩現象是其成為真正可靠邏輯器件的一大障礙。因此，本項目針對柔性基底上單壁碳納米管網路結構薄膜器件中出現的閾值電壓非穩現象，系統的研究各種可能導致閾值電壓飄移的物理來源，闡明其中物理機制，建立一套電學測量和表征測試系統，進而對襯底、柵介質和碳納米管進行相應的物理化學處理以達到消除閾值電壓漂移的目的，最終在柔性基底上通過噴墨印刷方式實現性能穩定的低電壓驅動碳納米管薄膜電晶體，為柔性電子器件的套用發展進行有益探索並提供參考借鑑價值。
結題摘要
單壁碳納米管是一種性能優良的準一維材料，基於單壁碳納米管網路結構的場效應電晶體，能夠同時獲得較高的開態電流和大的開關電流比，逐漸成為性能突出的薄膜開關器件。與此同時，碳納米管溶液製備工藝與噴墨列印技術相兼容，有利於在柔性襯底上製備各種元器件和列印電路。然而作為一個可靠的邏輯器件，其最基本的要求就是器件的閾值電壓不隨外界環境而變化，因此消除閾值電壓不穩定因素成為碳納米管薄膜器件能夠在積體電路中大規模套用的前提條件。本項目通過對碳納米管薄膜器件閾值電壓非穩定性的系統性研究，揭示了導致薄膜器件性能發生變化的內在機理，提出水氧電化學反應模型，並且該模型適用於其他各種有機薄膜電晶體。該研究成果發表在國際著名期刊《Nature Communications》上。在大氣環境下，空氣中大量存在的水分子（H2O）和氧氣分子（O2），這些水氧分子在薄膜表面發生可逆電化學反應，並且該電化學反應受柵壓影響。在正向電壓作用下，水氧分子發生正向電化學反應，在器件表面產生大量帶負電荷的氫氧根離子（OH-）。當施加反向電壓後， OH-發生逆向電化學反應產生新的水氧分子，整個過程是個可逆過程，從而引起器件電流出現非穩定現象。通過工藝改進和開發，我們已經獲得高性能碳納米管薄膜器件，並實現低電壓驅動的碳納米管薄膜電晶體。器件工作電壓Vd =1.5V，閾值電壓︱Vt︱=0.2V，器件遷移率=10cm^2/Vs，電流開關比為10^6。碳納米管薄膜電晶體展示了其在有機電子學領域廣闊且誘人的發展前景。基於其特殊的製備方法以及市場上對大面積、可摺疊性、低溫製備工藝，尤其是低成本器件的需求，以碳納米管器件為代表的有機薄膜電晶體器件在一些特定的領域展現了強大的優勢。總而言之，正是由於當年解決了Si MOSFET器件中由於Na＋，K+等可動離子導致器件閾值電壓漂移現象以後，從20世紀60年代開始，基於Si MOSFET的大規模積體電路才得以蓬勃發展，開創了如今的信息化社會。同樣，只有全面了解並解決碳納米管薄膜電晶體的閾值電壓漂移現象以後，才能進一步拓展碳納米管薄膜器件的套用範圍和領域，同時也為其他柔性薄膜器件的研究提供良好的參考價值和借鑑意義。
