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无机材料学报 2024年第2期39卷 186-194页

作者：李腊沈国震北京理工大学集成电路与电子学院北京100081 北京理工大学柔性电子器件与智造研究所北京102488

二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)自2011年被首次报道以来,凭借其特殊的二维层状结构、优异的导电性和电化学性能在能源、催化、传感、电磁屏蔽和微波吸收等领域吸引了极大关注。近几年,随着对该材料认识的不断加深,其在光电领域的研究也... 详细信息

二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)自2011年被首次报道以来,凭借其特殊的二维层状结构、优异的导电性和电化学性能在能源、催化、传感、电磁屏蔽和微波吸收等领域吸引了极大关注。近几年,随着对该材料认识的不断加深,其在光电领域的研究也不断深入。与其它领域不同,光电器件聚焦于延伸MXenes材料半导体性质,通过设计表面官能团、精准控制层数等来打开材料带隙,从而使其从金属性质转变为半导体性质。本文主要围绕MXenes材料的光电性质,介绍其在柔性光电子器件中的应用,系统阐述MXenes材料在透明电子器件、光电探测器、图像传感器、光电晶体管、人工神经视觉网络系统的应用前沿现状与趋势,并展望了MXenes基柔性光电器件面临的挑战以及未来发展前景。

关键词： MXene 柔性电子透明电子光电探测器带隙调控专题评述

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基于氧化锌薄膜晶体管的透明指纹识别系统和算法

基于氧化锌薄膜晶体管的透明指纹识别系统和算法

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作者：姜瑷珂浙江大学

学位级别：硕士

在智能电子设备普及的当代,随着人们对手机更薄,更轻巧和更高占屏比的需求,基于身份认证的指纹识别、人脸识别等技术不断受到冲击和挑战。智能手机尺寸的增加意味着显示屏大小在手机中具有最高优先级地位,而主流的身份识别技术占据一定... 详细信息

在智能电子设备普及的当代,随着人们对手机更薄,更轻巧和更高占屏比的需求,基于身份认证的指纹识别、人脸识别等技术不断受到冲击和挑战。智能手机尺寸的增加意味着显示屏大小在手机中具有最高优先级地位,而主流的身份识别技术占据一定空间,与之相违背。因此,屏下指纹识别乘着全面屏的东风迅速风靡和发展。本文基于一套稳定、可靠的氧化锌薄膜晶体管制备工艺,在玻璃基板上制作了三种不同电路结构的透明指纹识别传感器,平均透射率大约为84%,非常有望集成于显示器上方实现全面屏指纹识别。同时,它还是一个结合多点触控功能和指纹识别于一体的触摸屏。有别于传统的传感矩阵,本文研发的传感器单元像素内氧化锌TFT不止作为开关,还用于实现信号的前置放大功能。经过系统电路搭建和测试,不断调整优化电路结构和布局,最后设计了一套能够实时显示的外围检测电路,结合上位机图像算法处理,获得了清晰的254DPI指纹图像。此外该传感矩阵可以在白光下稳定工作。这项研究开拓了有源矩阵在透明电子领域的潜在应用。本文的研究内容和成果如下:（一）制备出阈值电压在0V左右,开关比高达108,IG维持在pA数量级的ZnO-TFT,表现出了良好的均匀性、稳定性和透明性。（二）针对指纹识别矩阵传统开关模型信号小的缺点,分别设计了单级放大反相器和双级放大的有源矩阵结构,在前端实现信号放大的作用。后续进行了更深一步的原理分析,利用HSPICE仿真对比,提出优化的传感器电路结构。（三）在玻璃基板上成功制备出50×50,96×96,200×100像素单元的透明阵指纹识别矩阵,能在可见光照射下稳定工作。并搭建了一套指纹识别测试系统,通过不断调整采集延时最终获取了清晰的指纹图像。（四）屏下指纹的难点在于如何穿透具有厚度的保护层来感知指纹信号。本项目针对不同电路结构的透明矩阵分别尝试了 20nm,1μm,8μm,100μm厚度的保护层,其中单级放大模型体现了良好的稳定性,并获取到了指纹图像。（五）对该透明指纹识别系统采集的原始数据进行图像算法处理,其中包括灰度均衡,图像增强,细化,二值化,最后获取到指纹信息的有效特征点。

关键词：氧化锌薄膜晶体管有源矩阵指纹识别透明电子信号穿透

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