以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注, 利用天然鸡蛋清作为栅介质层, 采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO 薄膜有源层, 制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)并对其电学特性进行了表征, 研究了器件在栅偏压和漏偏压应力下电性能的稳定性及其内在的物理机制。该ZnO-TFT 器件呈现出良好的电特性, 载流子饱和迁移率为5.99 cm2/(V·s), 阈值电压为2.18 V, 亚阈值摆幅为0.57 V/dec, 开关电流比为1.2×105, 工作电压低至3 V。研究表明, 在偏压应力作用下, 该ZnO-TFT 器件电性能存在一定的不稳定性, 我们认为栅偏压应力引起的电性能变化可能来源于栅介质附近及界面处的正电荷聚集、充放电效应和新陷阱态的复合效应; 漏偏压应力引起的电性能变化可能来源于焦耳热引起的氧空位及沟道中的电子陷阱。

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO TFT)的工作电压, 提高迁移率, 采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上室温下依次沉积NbLaO栅介质层和ZnO半导体有源层, 制备出ZnO TFT, 对器件的电特性进行了表征。该ZnO TFT呈现出优异的器件性能: 当栅电压为5 V、漏源电压为10 V时, 器件的饱和漏电流高达2.2 mA; 有效场效应饱和迁移率高达107 cm2/(V·s), 是目前所报道的室温下溅射法制备ZnO TFT的最高值, 亚阈值摆幅为0.28 V/decade, 开关电流比大于107。利用原子力显微镜(AFM)对NbLaO和ZnO薄膜的表面形貌进行了分析, 分析了器件的低频噪声特性, 对器件呈现高迁移率、低亚阈值摆幅以及迟滞现象的机理进行了讨论。

采用射频磁控溅射法成功制备了ZnO 薄膜晶体管(ZnO-TFT)，研究了ZnO-TFT 电学性能的温度依赖性及其影响机理。从室温27 ℃到210 ℃的变化范围，随着器件温度的升高，ZnO-TFT 的开关电流比和阈值电压都有明显的减小，亚阈值摆幅明显升高，有效场效应迁移率先增加再逐渐减小。电性能的变化主要来源于因温度升高引起的沟道有源层载流子浓度增加，点缺陷的形成，界面散射增强等多种因素复合作用所致。另外，当器件温度逐渐冷却至初始温度过程，器件的电特性与升温前存在一定的迟豫现象，这主要是由于升温期间ZnO 薄膜有源层中产生的点缺陷(氧空位和间隙氧原子)，以及被缺陷态陷阱的电子需要较长时间通过复合而消失。

为降低氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)的关态电流(Ioff),提高开关电流比(Ion/Ioff),采用磁控溅射法制备掺硅氧化锌薄膜晶体管(SZO-TFT)和SZO/ZnO双层有源层结构的TFT器件,研究了Si含量对SZO薄膜透光性和SZO-TFT电性能的影响,比较了单层与双层有源层结构TFT器件的电特性。与ZnO-TFT相比,SZO-TFT的Ioff低2个数量级,最低达1.5×10-12 A; Ion/Ioff高两个数量级,最高达7.97×106。而SZO/ZnO双有源层结构的TFT器件可在不降低载流子迁移率的情况下, Ion/Ioff比ZnO-TFT提高近两个数量级,有效改善了器件的整体性能。

用射频磁控溅射法生长的ZnO薄膜作为有源层, 制备出了ZnO基薄膜晶体管(ZnO-TFT), 并在空气环境下350 ℃退火1 h, 研究了沟道宽度对ZnO-TFT器件性能的影响。实验结果表明: 阈值电压随着沟道宽度的减小而增加, 这是由于沟道越窄, 载流子被捕获的几率越大, 在相同栅压下沟道内可动载流子浓度越小, 相应的阈值电压就越大; 饱和迁移率随着沟道宽度的减小而增加, 认为这是由源/漏电阻的侧壁效应及边缘电子场效应引起的附加电流所致。

氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)器件的性能受到多种因素的影响, 如半导体有源层、栅介质层的质量、栅介质与有源层的界面质量, 其中有源层的质量起到至关重要的作用, 而在影响器件有源层方面, 制备方法是其中一个重要的因素。目前, 已有多种ZnO半导体有源层制备技术应用于ZnO-TFT的制备(如原子层沉积、脉冲激光沉积、射频磁控溅射、溶液法等)。为了更直观地了解各种制备技术所获得的ZnO-TFT器件性能的优劣, 并让研究者在选择制备技术时有所参考, 文章概述了各种有源层制备技术的特点, 并比较了这些制备方法所制备的ZnO-TFT器件性能。通过对比各器件性能参数可以发现, 脉冲激光沉积和射磁控溅射所制备的ZnO有源层具有较优的性质, 并被广泛使用。文章还对ZnO-TFT的优化方法做了简单介绍。