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山东大学纳电子中心团队在高速氧化物半导体薄膜晶体管方面取得新进展  

发布日期:2018年04月25日 08:19 点击次数:

[本站讯]近日,山东大学微电子学院纳电子中心、英国曼彻斯特大学、中科院半导体所三方合作在高速非晶氧化物半导体薄膜晶体管方面取得了进展,使非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管的截止频率超过了1GHz,相当于每秒可以工作10亿次。这是目前非晶氧化物半导体薄膜晶体管的最快纪录,达到了国际领先水平。相关成果已在线发表在IEEE Transactions on Electron Device(Vol. 65 (4), 1377-1382, 2018)上。该文章第一作者为山东大学微电子学院王一鸣博士,通讯作者为微电子学院宋爱民教授。

目前人们所使用的大多数电子设备主要构件为硅基晶体管,它是电子电路和显示器的基本元件。虽然硅基电路具有较高的性能,但是过于坚硬和不透明的特性也限制了其在电子设备应用方面的发展。而以氧化物为基础的晶体管——包括铟、镓和锌氧化物的混合物——既透明又柔软,因而可以用于可弯曲、透明的显示屏,比如新型电子书、电视、可穿戴设备、以及汽车挡风玻璃上的实时信息显示等。虽然可柔性透明的氧化物薄膜晶体管已有十几年的研究历史,但此前的研究尚未能展现其在高频领域的应用价值。本项研究通过设计器件结构、优化材料制备、完善工艺流程,成功研制了纳米尺度的器件,将a-IGZO TFT的电流增益截止频率和功率增益截止频率分别提高到了1.24 GHz和1.14GHz。达到1GHz是一个标志性的成果,许多现代技术要求晶体管的工作频率超过1GHz,这是一个基准速度。对于晶体管来说,足够快的运行速度可以支持Wi-Fi、GPS、蓝牙以及用户从日常设备中需要的其他功能。硅晶体管用了70年的时间才达到今天的性能水平,实现手机上的各种功能。而通过硅技术学到的经验,将不再需要70年的时间,也许在未来5年内就可以实现基于‘氧化物’的技术的商业应用。一个基于氧化物半导体的电子产品的商业化时代很可能即将到来。

自山东大学纳电子中心成立以来,氧化物半导体器件及电路一直是宋爱民教授团队的一个重要研究方向。2015年,纳电子中心研究团队就研制成了标志性的频率超过6.3 GHz的柔性a-IGZO二极管,至今仍保持着世界上速度最快的柔性二极管的最高纪录(Nature Communications, Vol.6, 7561, 2015)。此外,该团队实现了氧化物半导体领域的一个突破,实现了高性能p型氧化物半导体氧化亚锡(SnO)的研制,并将其与n型氧化物半导体IGZO进行互补集成,成功实现了低功耗CMOS器件与电路的研制,发表了多篇领先该领域的成果论文(IEEE Electron Device Letters, Vol. 39(2), 208-211, 2018 & Vol. 39(4), 516-519, 2018; Applied Physics Letters, Vol. 112(2), 023501, 2018)。这些成果为构建柔性显示、柔性逻辑芯片、柔性传感器、电子皮肤等长期以来人们梦寐以求的电子产品提供了核心器件、电路与技术,在新型半导体电子产品的产业化进程中具有重大的意义与价值。

相关链接https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8306513/

其他相关成果及媒体报道链接

1.Flexible indium-gallium-zinc-oxide Schottky diode operating beyond 2.45 GHz.

https://www.nature.com/articles/ncomms8561

2.Complementary Integrated Circuits Based on p-Type SnO and n-Type IGZO Thin-Film Transistors.

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8240960/

3.Highly Optimized Complementary Inverters Based on p-SnO and n-InGaZnO With High Uniformity.

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8302896/

4.Low voltage operation of IGZO thin film transistors enabled by ultrathin Al2O3 gate dielectric.https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5003662

5. ChinaDaily:http://www.chinadaily.com.cn/a/201804/20/WS5ad8c0cda3105cdcf65195df.html

6. Newelectronics:http://www.newelectronics.co.uk/electronics-news/one-step-closer-to-flexible-tvs-and-high-performance-wearables/172793/?from=timeline&isappinstalled=0)


【作者:张媛            来自:微电子学院    责任编辑:晗宇 思萱  】

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