【摘 要】
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在科技化发展迅速的今天,人们对透明电子领域提出了更新的要求,透明、柔性以及可穿戴电子产品应运而生。显示器在透明电子器件中占据着很大的比重,传统显示器依赖于耗电量很大的背光,当科技照进现实,全透明显示器的应用带来了全新的人机交互。透明显示器将周围环境作为背光,不仅能够降低能量消耗,而且能够带来生活的便利。薄膜晶体管(TFT)和薄膜电容器(TFC)是显示器像素驱动电路中的重要的组成部分,研发透明的、具
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在科技化发展迅速的今天,人们对透明电子领域提出了更新的要求,透明、柔性以及可穿戴电子产品应运而生。显示器在透明电子器件中占据着很大的比重,传统显示器依赖于耗电量很大的背光,当科技照进现实,全透明显示器的应用带来了全新的人机交互。透明显示器将周围环境作为背光,不仅能够降低能量消耗,而且能够带来生活的便利。薄膜晶体管(TFT)和薄膜电容器(TFC)是显示器像素驱动电路中的重要的组成部分,研发透明的、具有高性能的电容器件成为当前面临的难题,并具有一定的商业价值。因此本文针对透明电容器件的电极材料展开了研究,主要围绕以下三部分内容展开:(1)围绕过渡金属化合物氮化镍(NiN)、氮化钛(TiN)、氧化镍(NiO)和铝掺杂的氧化锌(AZO)的电极材料展开了研究。采用反应磁控溅射和原子层沉积的制备方法,在不同工作气体比例的溅射工艺下,对导电薄膜的基本光学和电学性能进行研究。通过表征分析,发现不同的反应气体含量对薄膜的电阻率、生长速率、透射率、薄膜晶体结构及成分都存在一定的影响。并通过对透明导电薄膜的需求找到最佳的溅射工艺条件。NiN薄膜的沉积条件为:气体压强为3 mTorr,溅射功率为100 W,氮气含量比例为47%;TiN薄膜的沉积条件为:气体压强为0.85 mTorr,溅射功率为75 W,氮气含量比例为8%;NiO薄膜的沉积条件为:气体压强为2 mTorr,溅射功率为75W,氧气含量比例为65%。(2)在沉积薄膜的最优溅射条件基础上,制备相应的透明平板电容器结构,底电极选择ITO材料,介质层选择Al2O3材料。首先使用TiN做上电极时,电容密度的低频、高频响应均良好,电容密度在1 k Hz-1 MHz内几乎保持不变,电容密度为4.6fF/μm2,并在1 V时的泄漏电流密度为2.4×10-6A/cm2。变温实验的结果显示,当温度由室温升至240℃,电容密度在低频没有受到影响,只在高频有部分损耗,意味着电容器的性能在温度240℃以下没有明显的退化,耐高温性能良好。其次使用NiO做上电极材料,电容器在可见光范围内透射率在70%以上,电容密度的低频响应良好,电容密度大约在4.2 fF/μm2,但漏电流性能较好,在1 V时获得了1.37×10-7A/cm2的泄漏电流密度。最后使用AZO做上电极时,其在可见光范围内的透射率达到80%以上,是作为透明电容器的优选,电容密度大约在8.1 fF/μm2,低频及中频响应较好,在300k Hz开始有所下降,同时该电容器也获得了较低的漏电,在电压为1 V时的泄漏电流密度为3.06×10-7A/cm2。(3)对透明平板电容器的电极层和介质层进行优化,研究了两种复合电极AZO/AgNWs/AZO和NiO/AgNWs/NiO对电容器性能的影响,结果表明复合电极降低了电极的面电阻,从而显著改善了器件的高频响应,NiO/AgNWs/NiO复合电极电容器的电容密度在300 k Hz频率时才有所下降,AZO/AgNWs/AZO复合电极电容器的电容密度在频率为1 k Hz到1 MHz的范围内几乎维持不变,并且器件仍然保持较低的10-7数量级的漏电流水平。使用了Al2O3+Al N叠层电介质,结果表明叠层电介质显著提升了电容器的中高频响应,在1 k Hz到2 MHz的频率间电容密度没有丝毫的下降,直到2 MHz才开始缓慢衰减,并使漏电流降低了一个数量级,在1V时泄漏电流为3.4×10-7A/cm2。
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