氧化物半導體納米線雙電層靜電調控及其器件套用

《氧化物半導體納米線雙電層靜電調控及其器件套用》是依託南京大學，由萬青擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氧化物半導體納米線雙電層靜電調控及其器件套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬青
• 依託單位：南京大學

項目摘要

在氧化物半導體納米線和雙電層薄膜電晶體良好研究基礎上，本項目擬開展有關無機介質顆粒膜雙電層電容對SnO2、ITO等氧化物半導體納米線電學特性調控及其器件套用的研究。項目擬採用低溫PECVD技術沉積SiO2、Al2O3等納米顆粒膜柵介質。通過在沉積過程中原位加氫或者後續離子溶液處理等方式，在顆粒膜中引入過量質子、離子，以改善界面雙電層電容特性。結合介電錶征技術闡明界面雙電層的起源，極化機理。接著將結合自組裝和常規光刻技術製作單根氧化物半導體納米線電晶體，詳細表征該雙電層對氧化物納米線的電子態調控行為，通過施加正柵壓，在未摻雜高阻氧化物納米線中靜電感應獲得高濃度準一維電子氣。在此基礎上，詳細表征納米線雙電層電晶體的電子遷移率、開關比、亞閾值擺幅、閾值電壓等電學參數。這類超低壓雙電層納米線電晶體在攜帶型、超高靈敏納米感測器領域具有重要套用價值。

結題摘要

在過去的十多年中，氧化物半導體納米線引起了世界各國研究人員的廣泛關注。界面雙電層效應為半導體電學特性的調控提供了一種強大技術手段，同時也為新概念器件的研製帶來了新的機遇。本項目成功製備了若干種具有巨大雙電層電容的柵介質薄膜，並深入研究了上述雙電層柵介質對氧化物半導體納米線和非晶氧化物半導體薄膜的電子態調控。在此基礎上，研製超低壓氧化物納米線和薄膜電晶體，並成功探索了上述氧化物雙電層電晶體在攜帶型感測器和人造突觸領域的套用。1、我們成功研製了單根SnO2納米線雙電層電晶體，並且發現由於SiO2納米顆粒膜的巨大雙電層電容，器件工作電壓僅為1.0 V。SnO2納米線雙電層電晶體的場效應遷移率和亞閾值擺幅為106.8 cm2/V.s and 92 mV/decade。2、我們研究結果表明，採用溶液法製備的殼聚糖薄膜也具有雙電層效應，並進一步研製了以殼聚糖為柵介質的SnO2納米線電晶體。該納米線電晶體的工作電壓、電子遷移率和亞閾值斜率分別是約為1.0 V、128 cm2/Vs和90 mV/decade。3、我們還成功研製了基於氧化物雙電層電晶體的人造電子突觸，並成功實現了尖峰時間依賴的可塑性、包括雙脈衝易化、動態濾波在內的短程塑性的仿生。更為重要的是，我們還在上述突觸器件中實現了具有超低功耗的樹突算法和突觸仿生pH感測器。我們的研究結果為仿生感測和神經形態套用奠定了良好的物理和器件基礎。基於上述研究結果，我們累計發表包括1篇Nature Communications、1篇Advanced Materials，4篇Nanoscale, 5篇Applied Physics letters和15篇IEEE Electron Device Letters在內的30篇高水平SCI論文。