【摘 要】
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垂直沟道场效应晶体管(VFET)可以通过栅极电压灵敏地调控源、漏沟道的电流。在发光二极管中电子和空穴分别通过阴极和阳极注入,在发光区通过复合发光。如果将垂直沟道薄膜晶体管与发光二极管结合,则可以通过外加信号(栅极电压)灵敏地调控电子/空穴电流(源漏电流),进而调制发光器件的发光亮度。这种用于驱动发光二极管的VFET是由金属漏电极、沟道层、多孔源电极、介质层和栅电极构成,与平面薄膜晶体管结构相比较,
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垂直沟道场效应晶体管(VFET)可以通过栅极电压灵敏地调控源、漏沟道的电流。在发光二极管中电子和空穴分别通过阴极和阳极注入,在发光区通过复合发光。如果将垂直沟道薄膜晶体管与发光二极管结合,则可以通过外加信号(栅极电压)灵敏地调控电子/空穴电流(源漏电流),进而调制发光器件的发光亮度。这种用于驱动发光二极管的VFET是由金属漏电极、沟道层、多孔源电极、介质层和栅电极构成,与平面薄膜晶体管结构相比较,由于源漏沟道更短,且与发光二极管结构相匹配,所以VFET表现出更好的性能和应用前景。选择合适的电介质、多孔源电极以及电子传输层(ETL)是获得高电流增益VFET的关键。尽管已经有一些关于VFET的研究报道,但是对于不同介质材料、介质层厚度和源电极多孔结构对VFET性能的影响还鲜有研究。本论文针对以上问题,使用COMSOL软件对VFET器件进行模拟和优化,研究了电介质材料、银纳米线(Ag NW)浓度和电子传输层结构对VFET性能的影响。论文还通过旋涂等方法,全溶液制备了VFET器件,并将测试结果与模拟结果相互比较,验证了理论设计的方案正确性。首先,论文研究掺杂锌的氧化锡(ZTO)和氧化锌(ZnO)半导体纳米颗粒分别作为ETL层。器件结构为:ITO/Hf O2(电介质,300 nm)/多孔Ag NW(源,50 nm)/ZTO(80 nm)/Au(漏极,100 nm)和ITO/HfO2(电介质,300 nm)/多孔AgNW(源,50 nm)/ZnO(60 nm)/Au(漏极,100 nm)。仿真结果表明,Zn O基器件的性能优于ZTO基器件,当VGS和VDS为1 V时,Zn O基VFET的JDS值为10-3 A cm-2而ZTO基VFET的JDS位10-6 A cm-2。Zn O基VFET具有更高的源漏电流密度是因为Zn O具有更高的电导率。ZTO比Zn O导电率更低,而且薄膜针孔也更多。本文还研究了采用HfO2和SU8作为VFET的电介质层,并分析这些结构中介电效应。在ITO/Hf O2/Ag NW/Zn O/Au和ITO/SU8/Ag NW/Zn O/Au结构中,当VGS和VDS为1 V时,基于Hf O2和SU8电介质的VFET的JDS值分别为10-3 A cm-2和10-8 A cm-2,这表明采用Hf O2电介质可以获得更好的晶体管性能,这是因为Hf O2电介质可以提供更高的栅极电容。最后,我们通过将电介质的厚度从100nm升高到300 nm,并将Ag NW的浓度从5 mg/ml增加到为20mg/ml,分析ITO/Hf O2/Ag NW/Zn O/Au性能的变化,以了解电介质厚度和Ag NWs浓度对VFET性能的影响规律。由于电介质产生的电场效应,JDS值随着电介质厚度的增加而减小。对于300 nm的电介质厚度和10 mg/ml的Ag NWs浓度,在VGS和VDS为1 V条件下,VFET的输出电流密度达到了10-3A cm-2。本论文还通过溶液法制备了相应的VFET,实验测试结果与仿真计算结果趋势吻合很好。这一方面验证了论文仿真模型的正确性,另一方面也通过仿真设计指导了高性能VFET的制备。本论文工作为今后VFET在发光二极管器件的应用探索了技术道路。
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