场发射薄膜晶体管的研究

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• 论文作者：雷威 ; 陶治 ; 王昕
• 年：2016
• 作者机构：东南大学电子科学与工程学院;
• 会议召开时间：2016-08-23
• 会议录名称：2016真空电子学分会第二十届学术年会论文集（下）
• 语种：中文
• 分类号：TN321.5
• 学会代码：ZKDZ
• 会议名称：2016真空电子学分会第二十届学术年会
• 会议地点：中国福建厦门
• 主办单位：中国电子学会真空电子学分会、微波电真空器件国家级重点实验室
• 学会名称：中国电子学会真空电子学分会
• 页数：2
• 文件大小：1083k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

场效应薄膜晶体管已经广泛应用于平板显示和平板探测器阵列,随着薄膜晶体管性能的进一步提高,有可能由薄膜晶体管搭建复杂的逻辑电路以及功率电路,从而构成柔性电子器件的基础电路。场效应晶体管的基本原理可以由图1来描述薄膜晶体管的的工作特性类似于MOSFET器件,可以分为线性区域与饱和区域。漏极电压较小时,漏极与源极间基本呈欧姆电阻特性,漏极电流与漏极电压成线性关系。半导体有源层与绝缘介质层的界面上积累了大量的电子,导致空间电荷区的形成。因为漏电压远小于栅压,所以在沟道长度方向上累积的电荷密度为一常数值,故相对应的输出特性曲线为线性。当漏极电压较高时,栅介质层上的有效电压降,从源端到漏端逐渐地减小,栅介质层中的电场由源端到漏端逐渐地减弱,半导体表面空间电荷区的厚度也将由源端到漏端逐渐减小,漏极电流为恒定值,不随漏极电压变化。为了降低对薄膜晶体管栅极电压的要求,通常介质绝缘层非常薄,这样栅源和栅漏之间的寄生电容很大。薄膜晶体管工作的截止频率大致可以如下估算f_c=g_m/(2π(C_(GS)+C_(GD)))其中g_m为跨导,C_(GS)和C_(GD)分别为栅源和栅漏寄生电容。因此,薄膜晶体管的截止工作频率通常较低,不能满足复杂逻辑电路的需要。如果以纳米结构材料做为薄膜晶体管的沟道,如条带石墨烯以及氧化锌纳米线等,并以真空间隙做为栅极和源、漏之间的绝缘层。随着栅极电压增加,栅极电压所产生的电场对沟道的载流子输运进行调制,此时工作特性与普通的薄膜晶体管一致。当栅极电压增加至某一阈值后,有可能使沟道内纳米结构产生场发射,此时跨导g_m将急剧上升。沟道内的载流子除了扩散和漂移运动外,还增加了真空隧穿发射,因此场发射薄膜晶体管的转移特性和输出特性都有异于半导体薄膜晶体管。图2是以条带石墨烯为沟道制备的场发射薄膜晶体管特性曲线从实验结果可以看出,场发射薄膜晶体管的跨导很大,而且输出特性呈现三段区域。因此,场发射薄膜晶体管有可能极大地改变薄膜晶体管性能,并增强其在电子器件中应用。

引文