论文部分内容阅读
构建低功耗、高抗噪的印刷互补型金属-氧化物-半导体(CMOS)反相器是实现印刷逻辑门和大规模集成电路的实际应用的关键。与传统的制备薄膜晶体管(TFT)和CMOS反相器的微纳加工工艺相比,印刷可以直接图案化沉积,具有成本低、材料利用率高、可柔性化以及可大面积制备器件阵列等优势。然而,由于p型和n型薄膜晶体管(TFT)性能不太匹配,目前印刷制备的CMOS反相器的性能仍不太理想。鉴于此,本论文重点研究了基于喷墨印刷n型氧化物TFT和p型碳纳米管TFT的低工作电压杂化CMOS反相器的制备。本论文首先通过调整栅介电层材料及其厚度以及金属氧化物墨水组成等来优化n型金属氧化物TFT的性能。当栅介电层为50 nm HfO2,以摩尔比为1:1(In:Zn)的IZO为有源层时,氧化物TFT具有最优的性能。采用小管径单手性的(9,8)SWCNT制备了p型的碳纳米管TFT,在VGS=-1 V~3 V时与n型的IZO TFT具有相似的电学性能。在相对较低的退火温度(300℃)下,由两者构建的杂化CMOS反相器显示出良好的性能,如在Vdd=2 V时,电压增益高达45,静态功耗仅为0.4 μW,在1/2 Vdd时噪声容限约为83%,并具有良好的均一性。另外以离子胶为介电层构建出低电压的氧化物和碳纳米管TFT器件,并构建出杂化CMOS反相器。通过优化墨水配比、打印次数、退火温度等获得了工作电压1 V,迁移率为6 cm2 V-1 s-1的IO TFT;优化侧栅与离子胶的接触面积,获得了工作电压1 V,迁移率为4 cm2 V-1 s-1的p型碳纳米管TFT器件。在此基础上,首次印刷制备出了以离子胶为介电层基于n型的IO TFT和p型的碳纳米管TFT的杂化CMOS反相器,反相器在小于1 V的工作电压下具有较好的性能。