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不同介电层对Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)薄膜铁电性能影响的研究进展

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半导体技术 2024年第4期49卷 297-309页

作者：袁晓博何慧凯唐文涛刘宗芳苏铭吉中国电子科技南湖研究院浙江嘉兴314000 浙江大学信息与电子工程学院杭州310058

近年来,铁电Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)、HfO_... 详细信息

近年来,铁电Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)、HfO_(2)、Ta_(2)O_5等,调节HZO薄膜铁电性能的方法及其机理;详细介绍了各种介电层材料作为封盖层对HZO薄膜铁电性能的影响,如对HZO薄膜提供平面内应力、控制铁电层的晶粒尺寸及作为铁电层形核核心的作用;最后,总结并展望了利用介电层调控HZO薄膜铁电性能的一般规律,为后续相关研究的开展提供了指导。

关键词：铁电性能 HZO薄膜介电层 Al_(2)O_(3) ZrO_(2)

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介电层表面直接生长石墨烯的研究进展

物理学报 2017年第21期66卷 31-53页

作者：杨慧慧高峰戴明金胡平安哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室哈尔滨150080

作为21世纪备受瞩目的材料,石墨烯兼具优异的电、热、光与力学性质,具有十分广阔的研究价值与应用价值.目前主要通过在金属基底上生长获得石墨烯,并将其转移至目标介电层基底上以构筑电子器件.转移过程不可避免地引入了褶皱、裂纹、破... 详细信息

作为21世纪备受瞩目的材料,石墨烯兼具优异的电、热、光与力学性质,具有十分广阔的研究价值与应用价值.目前主要通过在金属基底上生长获得石墨烯,并将其转移至目标介电层基底上以构筑电子器件.转移过程不可避免地引入了褶皱、裂纹、破损以及聚合物/金属残留,严重损害了石墨烯的性能.因而直接在介电基底上制备高质量的石墨烯薄膜具有重要意义.本文总结了近年来在介电衬底上直接生长石墨烯的研究进展:阐述了金属辅助法、等离子体增强法以及热力学或动力学调控法等多种生长手段;介绍了多种介电/绝缘基底包括SiO_2/Si,Al_2O_3,SrTiO_3,h-BN,SiC,Si_3N_4以及玻璃表面生长石墨烯的特点与性能,分析了其可能的生长机理.根据拉曼谱图、薄层电阻、透光率、载流子迁移率等评估指标,将多种方法得到的石墨烯质量进行了总结与比较,并提出了直接在介电衬底上生成石墨烯的研究难点与趋势.

关键词：石墨烯介电层化学气相沉积无转移

溶液法制备蒽醌类衍生物介电层及其在有机场效应晶体管中的应用

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印刷与数字媒体技术研究 2023年第5期 92-99,114页

作者：王旭冉任春兴曹龙刘省珍冯宇光张伟民吴倜北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室、信息与有机光电材料研究室北京102600

如何获得高性能、稳定传输的n型半导体材料是柔性电子器件领域研究的重点。本研究设计合成了两种13,13,14,14-四氰基-5,11-二噻吩并蒽醌二甲烷衍生物(M-C0和M-C10)。根据电化学表征计算得到M-C0和M-C10的LUMO能级分别为–4.01eV和–3.95... 详细信息

如何获得高性能、稳定传输的n型半导体材料是柔性电子器件领域研究的重点。本研究设计合成了两种13,13,14,14-四氰基-5,11-二噻吩并蒽醌二甲烷衍生物(M-C0和M-C10)。根据电化学表征计算得到M-C0和M-C10的LUMO能级分别为–4.01eV和–3.95eV,HOMO能级分别为–6.62eV和–6.45eV。较低的HOMO能级(介电层,可替代完美修饰的十八烷基三氯硅烷(OTS)介电层,使以酞菁铜为有机半导体层的场效应晶体管的性能提高近两个数量级,空穴迁移率达到2.4×10^(-2)cm^(2)V^(-1)s^(-1),且在制备工艺方面,溶液涂布操作简单,易重复,适用于大面积柔性器件。

关键词：蒽醌类衍生物介电层溶液涂布有机场效应晶体管

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介电层上石墨烯的制备

化学学报 2014年第3期72卷 359-366页

作者：陈集思武斌刘云圻中国科学院化学研究所北京100190

石墨烯因其优异而独特的性能,自发现以来便受到了广泛的关注.为了实现石墨烯的进一步应用,可控制备大面积、高质量的石墨烯便成为研究人员需要首先攻克的难题.利用传统方法在金属基底上催化生长的石墨烯,需要先转移到介电层上才能进行... 详细信息

石墨烯因其优异而独特的性能,自发现以来便受到了广泛的关注.为了实现石墨烯的进一步应用,可控制备大面积、高质量的石墨烯便成为研究人员需要首先攻克的难题.利用传统方法在金属基底上催化生长的石墨烯,需要先转移到介电层上才能进行后续的器件构筑.与之相比,介电层表面上直接生长石墨烯后,就可直接利用目前的硅加工工艺制备器件,从而避免因转移而引起的污染、破损,进而有望得到高质量、无污染的石墨烯样品.介绍了近年来介电层上直接生长石墨烯的研究进展,其中包括在各种传统介电层材料和新型六方氮化硼薄膜上制备石墨烯的各种方法.总结展望了介电层表面石墨烯制备的主要挑战及发展方向.

关键词：石墨烯化学气相沉积介电层六方氮化硼

基于PAA介电层的柔性低压有机场效应晶体管

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基于PAA介电层的柔性低压有机场效应晶体管

作者：胡舒航吉林大学

学位级别：硕士

有机场效应晶体管(OFETs)因其成本低、制备工艺简单、可溶液加工与柔性衬底兼容等优势在柔性电子领域具有潜在的应用价值。目前,有机半导体的迁移率已经远超10 cm/(V·s),达到实际应用水平。但可穿戴电子和柔性传感器等设备需要在低电... 详细信息

有机场效应晶体管(OFETs)因其成本低、制备工艺简单、可溶液加工与柔性衬底兼容等优势在柔性电子领域具有潜在的应用价值。目前,有机半导体的迁移率已经远超10 cm/(V·s),达到实际应用水平。但可穿戴电子和柔性传感器等设备需要在低电压下工作,高电压会给其安全性和功耗带来负面影响。聚电解质能够产生较大电容,可以有效减小晶体管的工作电压。本论文工作以聚丙烯酸(PAA)为研究对象,制备出了低电压高迁移率的柔性晶体管,在此基础上利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进一步改善其介电性能,并在弯曲条件下,对其机械稳定性进行研究。第一部分,以单层PAA作为介电层,制备了刚性和柔性有机场效应晶体管,并测试它们的机械稳定性。首先,采用真空蒸镀法制备了柔性并五苯晶体管,其迁移率为5.03 cm/(V·s),阈值电压为-1.42 V,性能基本达到刚性并五苯器件水平。接着,采用浸渍提拉法制备C8-BTBT柔性晶体管,得到的器件迁移率为9.2 cm/(V·s),阈值电压为-1.94 V,开关比为10,其性能基本达到刚性衬底器件的水平。并对其机械稳定性进行了测试,虽然性能均表现出了一定程度的下降,但仍在低压下表现出了较好的操作稳定性。第二部分,利用PMMA进一步改善单层PAA的介电性能,制备出了双层介电层的高性能柔性有机晶体管。对于双层介电层的并五苯晶体管,其比单层介电层器件的开关比增大一个数量级,在-5 V的工作电压下器件达到饱和状态,迁移率提升到6.24 cm/(V·s),阈值电压为-2.29 V。交换介电层旋涂顺序,得到了迁移率为8.74 cm/(V·s)的并五苯晶体管。在C8-BTBT晶体管中,使用垂直相分离的方法进一步改善单层PAA的介电性能。双层介电层的C8-BTBT柔性晶体管在-5 V的工作电压下达到饱和状态,开关比比单层PAA介电层的晶体管增大两个数量级,性能得到大幅度提升,迁移率为35.3 cm/(V·s),阈值电压为-1.49 V。第三部分,为了进一步表征器件的柔韧性,我们分别对并五苯晶体管和C8-BTBT晶体管进行了机械稳定性测试。并五苯器件在垂直沟道方向弯曲,应变为1.25%时,性能下降了初始值的31.7%,在平行沟道方向弯曲,应变为1.25%时,性能下降了初始值的24.6%。C8-BTBT器件在垂直沟道方向弯曲,应变增加到1.25%时,迁移率下降了48.4%,在平行沟道方向弯曲时,器件迁移率下降了32.9%。所制备的柔性晶体管在基于小半径的多次弯曲后,性能均有不同程度的下降,总体来说,在垂直沟道方向弯曲的性能退化大于平行沟道弯曲,但是在弯曲状态下,所有器件均可在-5 V的范围内开启,表现出了良好的低压工作稳定性。

关键词：有机场效应晶体管聚电解质柔性电子学介电层并五苯

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微结构化弹性体介电层的制备方法与应用

化学进展 2021年第6期33卷 975-987页

作者：廖金花高佳俊王宇超孙巍宁波大学材料化学与工程学院材料科学与工程系宁波315211 宁波大学宁波市特种高分子材料制备与应用技术重点实验室宁波315211

微结构化弹性体薄膜是指在表面或内部具有多孔或者特殊造型阵列的微纳米尺寸结构的弹性体薄膜,这类薄膜作为功能化介电层在柔性电子器件的制备领域获得了广泛的应用。本文从微结构弹性体介电层的制备和应用两个方面来介绍微结构弹性体... 详细信息

微结构化弹性体薄膜是指在表面或内部具有多孔或者特殊造型阵列的微纳米尺寸结构的弹性体薄膜,这类薄膜作为功能化介电层在柔性电子器件的制备领域获得了广泛的应用。本文从微结构弹性体介电层的制备和应用两个方面来介绍微结构弹性体介电层的研究进展,首先介绍了可用以制备介电层的弹性体的种类,然后综述了多孔和非多孔阵列两大类微结构弹性体介电层的制备方法(氯化钠模板法、糖模板法、碳酸氢盐类模板法、微球模板法和硅模板法等);并介绍了微结构弹性体介电层在应力应变传感器和纳米发电机上的应用。

关键词：微结构化弹性体介电层传感器纳米发电机

CNT/PDMS介电层微结构成型及摩擦纳米发电机制备

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机械工程学报 2021年第15期57卷 177-185页

作者：肖渊刘进超吕晓来李红英代阳西安工程大学机电工程学院西安710048

针对目前摩擦纳米发电机介电层表面微结构制作方法存在工艺流程复杂,成本高的问题,提出在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中掺杂碳纳米管(CNT)提高介电常数,并以砂纸为模板快速在PDMS表面成型微结构,实现微结构CNT/PDMS弹性体膜摩擦纳米发电机介... 详细信息

针对目前摩擦纳米发电机介电层表面微结构制作方法存在工艺流程复杂,成本高的问题,提出在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中掺杂碳纳米管(CNT)提高介电常数,并以砂纸为模板快速在PDMS表面成型微结构,实现微结构CNT/PDMS弹性体膜摩擦纳米发电机介电层的制备。研究不同目数砂纸下PDMS表面微结构、CNT掺杂质量分数及载荷作用对摩擦纳米发电机性能输出的影响,测试发电机输出功率及耐久性。结果表明:表面微结构制作方法可增加介电层表面积提高发电机输出电压及电流,800目砂纸成型微结构时,摩擦纳米发电机输出最大;掺杂CNT可提高介电层电容值,CNT质量分数为1%时,电容值达到最大24.2 pF;制备的摩擦纳米发电机可产生最大瞬时功率密度1.23×10^(-3) W/m^(3),且经10000次工作循环,表现出较好的耐久性。

关键词：摩擦纳米发电机介电层砂纸模板微结构 CNT

相变光盘介电层ZnS-SiO_2薄膜的性能研究

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无机材料学报 2003年第1期18卷 190-194页

作者：刘波阮昊干福熹中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

利用AFM、XRD、TEM、紫外可见光谱仪和椭偏仪等多种研究手段研究了ZnS-SiO2薄膜的性能.研究表明,沉积态ZnS-SiO2薄膜为非晶态,表现为层核生长型(Straski-Krastanov型)结构,表面很平滑,其中包含着大小为2-10nm的微小晶粒;ZnS-SiO2薄膜的... 详细信息

利用AFM、XRD、TEM、紫外可见光谱仪和椭偏仪等多种研究手段研究了ZnS-SiO2薄膜的性能.研究表明,沉积态ZnS-SiO2薄膜为非晶态,表现为层核生长型(Straski-Krastanov型)结构,表面很平滑,其中包含着大小为2-10nm的微小晶粒;ZnS-SiO2薄膜的透过率比较大,消光系数很小,这可以减少入射激光能量的损失;ZnS-SiO2薄膜拥有比较高的折射率,能够对记录层起到很好的保护作用.

关键词： ZnS-SiO2薄膜性能介电层相变光盘硫化锌二氧化硅

介电层表面纳米织构化及其电润湿行为影响研究

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中北大学学报（自然科学版） 2018年第3期39卷 282-288页

作者：黎相孟郭少豪祝锡晶魏慧芬崔学良中北大学机械工程学院山西太原030051 中北大学能源动力工程学院山西太原030051 中北大学科学技术研究院山西太原030051

为了更好地调控液滴的形状,探讨了纳米织构化介电层表面的电润湿行为.采用刻蚀和软压印方法在导电基底上实现了紫外光固化聚合物(NOA61)介电层的纳米织构;搭建了实验平台,观察对比了厚度相同而形貌不同的介电层表面的电润湿响应.结果表... 详细信息

为了更好地调控液滴的形状,探讨了纳米织构化介电层表面的电润湿行为.采用刻蚀和软压印方法在导电基底上实现了紫外光固化聚合物(NOA61)介电层的纳米织构;搭建了实验平台,观察对比了厚度相同而形貌不同的介电层表面的电润湿响应.结果表明,平整光滑介电层在电压较低时表现为不可逆的电润湿响应,当方波电压大于200V时则表现为可逆的电润湿响应;网格纳米织构介电层的可逆转变临界电压为350V,而纳米锥织构介电层则在高达500V以上直至产生接触角饱和现象也仍保持不可逆的电润湿响应;几种介电层的饱和接触角趋于一致.之所以水滴在纳米织构化的介电层表面发生了不可逆的Wenzel接触模式润湿转变,是由于水滴在电场下与织构微观表面之间具有较高的粘滞作用.

关键词：介电层表面织构化刻蚀软压印纳米织构电润湿