薄膜晶体管研究进展
薄膜晶体管研究进展
许洪华1，徐 征2, 黄金昭2，袁广才2，孙小斌2，陈跃宁1
（1.辽宁大学 物理系，沈阳 110036 ; 2.北京交通大学 光电子技术研究所，
发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044 )
摘 要：薄膜晶体管是液晶显示器的关键器件，对显示器件的工作性能具有十分重要的作用。本文论述了薄膜晶体管的发展历史，描述了薄膜晶体管的工作原理，分析了非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、有机薄膜晶体管、ZnO活性层薄膜晶体管的性能结构特点与最新进展，并展望了薄膜晶体管的应用。
关键词：薄膜晶体管；液晶显示；ZnO薄膜
中图分类号:TN304；TQ050；TB742 文献标识码：A
Research Progress on Thin Film Transistor
XU Hong-hua1, XU Zheng2, HUANG Jin-zhao2, YUAN Guang-cai2, SUN Xiao-bin2, CHEN Yue-ning1
(1. Department of Physics, Liao-ninUniversity, Shenyang 110036 ; 2. Key Laboratory of Luminescence and Optical
Information , Ministry of Education Institute of Optoelectronics Technology, Beijing Jiaotong University , Beijing 100044 ) Abstract: Thin film transistor（TFT）which is of great importance in the properties of display devices is the key device of liquid crystal display. In this paper, the research history and the operating principles of TFT are described, meanwhile, the outstanding properties and recent research progress on thin film transistor such as amorphous silicon TFT, polycrystalline silicon TFT, organic TFT and ZnO-Based TFT are analyzed. At last, the development trends of thin film transistor are forecasted.
Key Words: thin film transistor; liquid crystal display; zinc oxide thin film
1 引言
纵观信息时代迅猛发展的各项技术，不论网络技术与软件，还是通信技术、计算机技术，如果没有TFT-LCD 为代表的平板显示技术做人机交互界面，就构不成现在的信息社会。显示器件作为信息产业的重要组成部分正加速发展[1]。传统的阴极射线(CRT)显示器件技术早己成熟，性能较好、价格越来越便宜，但因体积大、重量大、功耗大、对人的身体辐射较强等方面，限制了在更广泛的领域中应用。目前液晶显示器(LCD)以低电压、低功耗、适宜于电路集成、轻巧便携等优点而受到广泛的研究与应用。液晶显示技术的发展经历了扭曲向列（TN-LCD）、超扭曲向列（STN-LCD）和薄膜晶体管阵列（TFT-LCD）三个重要的发展阶段[2]。进入20世纪90年代后，LCD技术发展开始进入高画质彩色图像显示的新阶段，有源矩阵的TFT液晶显示技术的性能取得了飞速发展，克服了STN液晶显示器件在响应速度、视角、灰度调制等方面存在的不足，技术性能接近于CRT。
近年来，各种平板显示技术如等离子体显示（PDP）、发光二极管（LED）、电致发光（EL）、场发射（FED）和液晶显示（LCD）等已成为研发热点[3]。由于液晶显示器的性能优点，它被率先投入到市场并应用在不同领域中。薄膜晶体管寻址的液晶显示器以其大容量、高清晰度和全彩色的视频显示成为液晶乃至整个平板显示技术的主导技术，相关的高新技术产业也成为目前的主要投资方向[4,5]。薄膜晶体管制造技术在以其寻址的液晶显示器中处于关键地位，它的研发历来是研究中的重点。
2 薄膜晶体管（TFT）发展历史及现状
人类对TFT的研究工作已经有很长的历史。早在1925年, Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管（FET）的基本定律，开辟了对固态放大器的研究。1933年，Lilienfeld又将绝缘栅结构引进场效应晶体管(后来被称为MISFET)。1962年，Weimer用多晶 CaS薄膜做成TFT；随后，又涌现了用CdSe、InSb、Ge等半导体材料做成的TFT器件。二十世纪六十年代，基于低费用、大阵列显示的实际需求，TFT的研究广为兴起。1973年，Brody等人
首次研制出有源矩阵液晶显示（AMLCD ），并用CdSe TFT 作为开关单元。随着多晶硅掺杂工艺的发展，1979年
LeComber 、 Spear 和Ghaith 用a-Si:H 做有源层,做成如图1所示的TFT 器件[6]。
后来许多实验室都进行了将AMLCD 以玻璃为衬底的研究。二十世纪八十年代，硅基TFT 在AMLCD 中有着极重要的地位，所做成的产品占据了市场绝大部分份额。1986年Tsumura 等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管（OTFT ），OTFT 技术从此开始得到发展。九十年代，以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点。由于在制造工艺和成本上的优势，OTFT 被认为将来极可能应用在LCD 、OLED 的驱动中。近年来，OTFT 的研究取得了突破性的进展。1996年，飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块15微克变成码发生器（PCG ）；即使当薄膜严重扭曲，仍能正常工作。1998年，
IBM [7]公司用一种新型的具有更高的介电常数
（17.3）的无定型金属氧化物锆酸钡作为并五苯有机薄膜晶体管的栅绝缘层，使该器件的驱动电压降低了4V ，迁移率达到0.38cm 2V -1 s -1。1999年，Bell [8]实验室的Katz 和他的研究小组制得了在室温下空气中能稳定存在的噻吩薄膜，并使器件的迁移率达到0.1 cm 2V -1 s -1。Bell 实验室[9]用并五苯单晶制得
了一种双极型有机薄膜晶体管，该器件对电子和空穴的迁移率分别达到2.7 cm 2V -1 s -1和1.7 cm 2V -1 s -1，
这向有机集成电路的实际应用迈出了重要的一步。最近几年，随着透明氧化物研究的深入，以ZnO 、ZIO 等半导体材料作为活性层制作薄膜晶体管，因性能改进显著也吸引了越来越多的兴趣。器件制备工艺很广泛，比如：MBE 、CVD 、PLD 等，均有研究。ZnO-TFT 技术也取得了突破性进展。2003年，Nomura [10]等人使用单晶InGaO 3 (ZnO)5获得了迁移率为80 cm 2V -1 s -1的TFT 器件。美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了ZnO-TFT ，电
子迁移率为50 cm 2V -1 s -1。
这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的ZnO-TFT ，这预示着在氧化物TFT 领域新竞争的开始。2005年，Chiang H Q [11]等人利用ZIO 作为活性层制得开关比为107 薄膜晶体管。
2006年，Cheng H C [12]等人利用CBD 方法制得开关比为105 、迁移率为0.248cm 2V -1s -1 的TFT ，这也显示出实际应用的可能。
3 薄膜晶体管的工作原理 薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管。它的工作状态可以利用Weimer 表征的单晶硅MOSFET 工作原理来描述。以n 沟MOSFET 为例，物理结构如图2。
当栅极施以正电压时，栅压在栅绝缘层中产生电场，电力线由栅电极指向半导体表面，并在表面处产生感应电荷。随着栅电压增加，半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层，形成反型层。当达到强反型时（即达到开启电压时），源、漏间加上电压就会有载流子通过沟道。当源漏电压很小时，导电沟道近似为一恒定电阻，漏电流随源漏电压增加而线性增大。
当源漏电压很大时，它会对栅电压产生影响，使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱，半导体表面反型层中电子由源端到漏端逐渐减小，沟道电阻随着源漏电压增大而增加。漏电流增加变得缓慢，对应线性区向饱和区过渡。当源漏电压增到一定程度，漏端反型层厚度减为零，电压在增加，器件进入饱和区。在实际LCD 生产中，主要利用a-Si ：H TFT 的开态（大于开启电压）对像素电容快速充电，利用关态来保持像素电容的电压，从而实现快速响应和良好存储的统一。
图2 MOSFET 结构图
图1 薄膜晶体管剖面图
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4 TFT典型器件性能分析
4.1 非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT）性能特点
非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT）以a-Si为半导体活性层。图3是a-Si：H TFT典型结构图[1]。器件活性层中通常含有大量的悬挂键，载流子的迁移率很低，一般小于1cm2V-1 s-1,通常进行氢化处理以提高迁移率（氢化后a-Si：H TFT）。a-Si：H TFT制作温度底，可用玻璃为基底，并具有大面积均匀性、能实现大面积彩色显示、具有大容量、
图3 非晶硅薄膜晶体管典型剖面图
4.2 多晶硅薄膜晶体管（P-Si TFT）性能特点
p-Si TFT以多晶硅（P-Si）为活性层。p-Si TFT典型结构图如图4。相对于a-Si：H TFT，p-Si TFT具有较高的迁移率、响应速度较快、易高度集成化、具有P/N型导电模式、自对准结构、省电、抗光干扰能力强、分辨率高、可以制作集成化驱动电路等优点，更加适合于大容量的高频显示，尺寸可以做得更小，有利于提高成品率和降低生产成本，而且
P/N型导电模式可以实现LCD、OLED的驱动等优点。多晶硅分为高温工艺和低温工艺两大类。高温工艺只能以较昂贵的石英一类材料作为衬底，工艺简单，造价较高。低温工艺可以在廉价衬底上制备，工艺比较复杂。获得低温多晶硅薄膜并低温制备多晶TFT是实现有源矩阵显示的关键。目前低温制备多晶硅薄膜的主要方法有：固相晶化法(SPC)、准分子激光退火法(ELA)、金属诱导横向晶化法(MILC)等。SPC-TFT低成本，但晶化温度约为
600℃，对玻璃衬底温度较高。ELA技术，可以制备低缺陷密度的多晶材料，设备昂贵，过程复杂。MILC技术，适合大面积微电子产品，所制备的TFT特性参数明显优于常规的SPC-TFT，但器件的漏电流较大且易于击穿。此外，p-Si TFT的关态电流较大、低温大面积制备较难，工艺复杂，造价相对较高。低温多晶硅薄膜晶体管技术还有待进一步提高。
4.3 有机薄膜晶体管（OTFT）性能特点
有机薄膜晶体管以有机半导体材料充当栅绝缘层、半导体活性层。它是在无机薄膜晶体管基础之上发展起来的，两者结构相似。由于有机半导体材料上淀积绝缘层比较困难，因此有机薄膜晶体管大都采用“反型结构”，即在薄膜晶体管的栅极上制备整个器件。OTFT大多都是单极型器件，但并五苯、六聚噻吩等则呈现双极型。工作原理类似于无机薄膜晶体管。图5、图6是OTFT
图
图4 多晶硅薄膜晶体管典型剖面图
源极
源极漏极
栅极
138 光 子 技 术 2006年9月
目前聚合物晶体管的特性还不能和传统的无机晶体管相比，由于有机半导体在常温下多为热跳跃式传导，表现为高的电阻率、载流子迁移率低，采用MOS结构有机场效应管的动作特性，特别是动作速度受到很大的限制。但OTFT相对无机TFT有两个突出的优点：一是制作温度低，二是成本低，而且OTFT还具有比硅晶体管更好的柔韧性，适合于有源矩阵显示器、智能卡、大面积传感阵列等应用领域。因此在全世界范围内引起了广泛的关注。由于近年来高迁移率有机半导体材料、薄膜物理和器件工程等方面研究的快速发展，OTFT迁移率、开关电流比等性能已达到或超过非晶硅晶体管的水平，使它的实际应用成为可能。
4.4 ZnO-TFT性能特点
ZnO-TFT以无掺杂ZnO作为半导体活性层。就ZnO薄膜而言，它是一种属于直接宽带隙（常温下带隙为3.37eV）透明氧化物半导体，具有六方纤锌矿结构、C轴优先取向，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质。面对a-Si：H TFT和p-Si TFT所存在的缺点，其中一个可能的解决办法就是利用ZnO透明半导体材料作活性层，制备新型TFT 器件。ZnO-TFT器件的典型结构如图7。ZnO-TFT能获得较高的电子迁移率，能实现较大的驱动电流、较快的器件响应速度。ZnO-TFT导电沟道属N型沟道，器件的电子迁移率[13]大致在0.2～7 cm2V-1s-1，开关比105～108，开启电压-1V～15V。ZnO-TFT器件，在可见光谱范围均有较高的光透过率，很小的光敏退化性，不用加掩膜层，制作工艺相对简单，并可在玻璃等廉价材料上制备，与弹性、塑性材料工艺兼容。但依然存在关态电流较大、器件工艺重复性较差等缺点，器件的实际应用还须进一步努力。
图7 ZnO活性层薄膜晶体管典型剖面图
5 前景展望
未来TFT技术将会以高密度、高分辨率、节能化、轻便化、集成化为发展主流，从本文论述的薄膜晶体管发展历史以及对典型TFT器件性能分析来看，虽然新型OTFT、ZnO-TFT的研究已经揭示出优良的特性，甚至有的已经开始使用化，但实现大规模的商业化以及进一步降低成本等方面，还需要很多努力。因此在很长一段时间内将会与硅基材料器件并存。我国大陆的显示技术处于刚开始阶段，对新型TFT器件的研发以及显示技术的应用带来了重大的机遇和挑战。相信在不久的将来，以OTFT和ZnO-TFT等新型器件为基础的产品会推动下一代光电子学的突飞猛进。
6 结论
本文分析了薄膜晶体管的发展历史、工作原理以及四种典型器件性能特点，基于目前TFT器件发展情况，充分认识器件的特点与存在问题，更重要的是努力尝试寻求新材料、新工艺、优化合理的制备工艺参数，从而制备性能更优异的TFT器件。然而以OTFT、ZnO-TFT为代表的新器件，要使之真正产业化，甚至取代a-Si:H TFT，还面临着许多理论工艺上的困难，还有许多地方需要进一步研究。
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作者简介:
许洪华（1981-），男，山东临沂人，辽宁大学物理系微电子学与固体电子学专业04级硕士研究生，主要研究
方向为TFT理论和技术。
参考有机场效应晶体管和研究
有机场效应晶体管的研究 摘要：有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比，由于其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究，在有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景。文中对OFET结构和工作原理做了简要介绍，之后重点讨论了最近几年来OFET中有机材料和绝缘体材料的发展状况，接着总结了OFET制备技术，最后对OFET发展面临问题及应用前景做了归纳和展望。关键词：有机半导体材料；有机场效应晶体管；迁移率;绝缘体材料；柔性面板显示 0引言 场效应晶体管( Field Effect Transistor FET)是利用电场来控制固体材料导电 性能的有源器件。由于其所具有体积小、重量轻、功耗低、热稳定性好、无二次 击穿现象以及安全工作区域宽等优点，现已成为微电子行业中的重要元件之一。 目前无机场效应晶体管已经接近小型化的自然极限，而且价格较高，在制备 大表面积器件时还存在诸多问题。因此，人们自然地想到利用有机材料作为FET 的活性材料。自1986年报道第一个有机场效应晶体管( OFET )以来，OFET研究 得到快速发展，并取得重大突破。由于OFET具有以下突出特点而受到研究人员 的高度重视：材料来源广，工作电压低，可与柔性衬底兼容，适合低温加工，适 合大批量生产和低成本，可溶液加工成膜等。从使用共扼低聚物成功地制造出第 一个有机场效应晶体管，到全有机全溶液加工的光电晶体管的诞生，这些突破性 进展对有机半导体材料的发展无论从理论上还是工业生产上都起到了巨大的推 动作用。 1器件结构、工作原理及性能评定 1. 1有机场效应晶体管基本结构 传统的有机场效应晶体管的主要包括底栅和顶栅两种结构，其中底栅和顶栅 结构又分别包括顶接触和底接触两种结构，如图1所示。
薄膜晶体管
薄膜晶体管的定义： Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。 补充：TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平。 TFT ( Thin film Transistor，薄膜晶体管）屏幕，它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536 色及26 万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。 平板显示器种类： 经过二十多年的研究、竞争、发展，平板显示器已进入角色，成为新世纪显示器的主流产品，目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种： 1、场致发射平板显示器（FED）； 2、等离子体平板显示器（PDP）； 3、有机薄膜电致发光器（OEL）； 4、薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）。 场发射平板显示器原理类似于CRT，CRT只有一支到三支电子枪，最多六支，而场发射显示器是采用电子枪阵列（电子发射微尖阵列，如金刚石膜尖锥），分辨率为VGA（640×480×3）的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖，材料工艺都需要突破。目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产，用于国防军工，离工业化、商业化还很远。 等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材 料形成的，发光效应低和功耗大是它的缺点（仅1.2lm/W，而灯用发光效率达80lm/ W以上，6瓦/每平方英寸显示面积），但在102～152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。业内专家分析认为，CRT、LCD和数字微镜(DMD)3种投影显示器可以与PDP竞争，从目前大屏幕电视机市场来看，CRT投影电视价格比PDP便宜，是PDP最有力的竞争对手，但亮度和清晰度不如PDP，LCD和DMD投影的象素和价格目前还缺乏竞争优势。尽管彩色PDP在像质、显示面积和容量等方面有了明显提高，但其发光效率、发光亮度、对比度还达不到直观式彩色电视机的要求，最重要的是其价格还不能被广大家用消费者所接受，这在一定程度上制约了彩色PDP 市场拓展。目前主要在公众媒体展示场合应用开始普遍起来。 半导体发光二极管（LED）的显示方案由于GaN蓝色发光二极管的研制成功，从而一举获得了超大屏幕视频显示器市场的绝对控制权，但是这种显示器只适合做户外大型显示，在中小屏幕的视频显示器也没有它的市场。 显示器产业的专家一直期望有机薄膜电致发光材料能提供真正的象纸一样薄的 显示器。有机薄膜电致发光真正的又轻又薄，低功耗广视角，高响应速度（亚微妙）
并五苯有机薄膜晶体管的制备
并五苯有机薄膜晶体管的制备 作为半导体材料中的佼佼者，基于pentacene的OTFT器件有着较高的载流子迁移率，并且有研究者已经发现基于pentacene的OTFT对水蒸气、某些气体正戊醇蒸气都有着很好的响应能力。实验采用基于pentacene作为器件的有机层，价格低廉的PMMA为绝缘层，Au作为源漏电极。OTFT制作工艺流程如图4-1所示。所用的设备主要包括超声波清洗器、匀胶机、OLED-V型有机多功能高真空成膜设备和微控数显电热板，型号为LadTech EH35B。 基板清洗绝缘层成膜 退火处理 器件测试 有机层成膜 源漏电极 图4-1OTFT制作工艺流程图 4.1.1基片清洗 实验中采用的衬底为玻璃基片，定制的玻璃基片已经溅射有ITO薄膜，上面残留有很多污渍，平整度和洁净度都较低，对OTFT器件整体性能有着极其重要的影响，所以需要对玻璃基片进行清洗。本论文中所制备的OTFT器件的尺寸为3.1cm×3.1cm，如图4-2所示，中间部分为溅射的ITO薄膜作为栅极，黑色的部分为利用掩膜版制备的源漏电极。
图4-2实验室制备有机薄膜晶体管结构示意图 主要清洗步骤如下： (1)首先选择高度平整的已刻蚀有栅极ITO玻璃基片，利用沾有清洗剂的无尘布擦洗基片，然后在清洗剂溶液中超声10min。 (2)取出装有玻璃基片的清洗架，在丙酮溶液中超声10min，再用沾有丙酮溶液的无尘布擦洗基片，然后在去离子水中超声10min。 (3)取出装有玻璃基片的清洗架，用去离子水冲洗，最后在无水乙醇中超声清洗10min后。清洗后用高纯氮气吹干基片。 4.1.2绝缘层薄膜制备 本实验制备的OTFT器件为底栅底接触型结构，典型器件结构如图4-3所示，首先制备绝缘层。PMMA具有良好的热稳定性，高电阻率，尤其可采用工艺简单的旋涂法成膜。Puigdollers等人采用不同的绝缘层(PMMA和SiO2)制备了OTFT器件，观察到基于PMMA为绝缘层的晶体管性能优于以SiO2为绝缘层的晶体管性能，有着更高的迁移率，发现是由于PMMA表面比SiO2更有利于形成大的薄膜颗粒。实验中，首先PMMA溶解于氯仿中，配成浓度为7%wt的溶液,将配置好的溶液的小玻璃瓶放在磁力搅拌器底盘的正中间，搅拌12个小时。如图所示KW-4A旋涂仪器，首先将匀胶机低转速设定为400rpm，旋转时间为5s，高转速设置为2000rmp，旋转时间为1min。将基片置于旋转载物台上，启动机械泵后，然后将PMMA溶液滴涂在基片上旋涂，先以低速运转，使溶液摊开，然后自动变到高速运转成薄膜。然后在150℃温度下，将器件退火1h。经过测试，PMMA厚度为520nm，绝缘层介电常数为5.1nF/cm2。
膜材料发展前景与展望
膜材料发展前景与展望 一、国内外经济对膜产业的重大需求 近几十年发展起来的膜技术是以具有选择透过性的膜材料作为核心，在膜两侧推动力下，实现混合物分离、提纯、浓缩的分离技术。与过滤、精馏、萃取、蒸发等传统分离技术相比，膜技术具有能耗低、分离效率高、设备简单、无相变、无污染等优点，因此被称为新型高效分离技术。作为一种高新技术，膜技术并不是高不可攀的，实际上，它就在我们身边。比如，随处可购买到的纯净饮用水绝大部分采用膜技术净化得到；为保持乳品的营养价值及水果的风味，牛奶、酸奶、奶酪等也可以采用膜技术进行除菌、浓缩及杂质去除。 在21世纪的多数工业中，膜技术将扮演重要角色，在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。 在缓解水资源短缺方面，预计到2050年，我国缺水总量将达4000亿m3，因缺水而导致的工业总产值损失大约2000亿元，农业总产值损失大约1500亿元。膜法海水淡化技术、膜法水质净化技术、膜及其集成技术将成为解决我国北方资源性缺水、南方水质性缺水和城市缺水的有效手段。 在化工与石油化工领域，分离过程能耗占到了总能耗的70％左右，分离效率低还导致了严重的环境污染问题。膜分离技术可以高效低能耗地实现高精度分离，是过程工业节能降耗的共性技术之一。譬如，膜法精密过滤代替蒸发，可节能40％以上，减少溶剂消耗量30%以上；膜法渗透汽化技术代替精馏，进行有机物脱水，可节能50％
以上；膜技术是过程工业减排的关键支撑技术，采用膜法处理油田回注水、焦化废水等，可实现工业废水循环利用，减少废水排放量；采用膜法可以实现废酸、废碱资源化利用，实现废液零排放。 此外，膜技术还是改造传统产业、推进相关行业技术进步的高新技术，可以说，膜技术的发展得到了全球范围的高度重视，美国、日本、欧洲等多国政府将膜技术作为21世纪高新技术进行研究与开发，制定了相应的研究开发计划，促进了膜技术和产业的强劲发展。我国政府对膜技术的研究和开发同样十分重视，自“六五”以来，已连续六个五年计划都把膜技术作为重点项目进行支持。2010年出台《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将高性能膜材料列入战略性新兴产业，为膜技术和膜产业的自身发展，膜应用市场的培育带来了前所未有的机遇。 经过5O多年的发展．中国膜产业逐渐走向成熟。特别是近20年来，中国膜产业高速增长，总产值从1993年2亿元人民币上升到20O8年200亿元(膜行业总产值是指膜制品、膜组件、膜附属设备及相关工程的总值，膜制品与膜组件是整个行业的核心)。 在21世纪的许多工业中，都将膜技术的重要性提升到了战略高度。2009年我国膜产业总产值约240亿元，2010年约300亿元。按照目前年均30%的增幅，未来5年我国膜产业有望突破1000亿元。可以预见，膜技术将迎来产值大幅增加的黄金十年，它所带动的相关产业产值总量更是不可估量。膜技术将在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。
薄膜材料的应用与发展
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
薄膜材料与技术
薄膜技术在能源材料中的应用——薄膜太 阳能电池 一概述 能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据专家估算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地同时解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40 min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的前景，而且也是时代所需。 太阳能电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。 太阳能电池种类繁多，主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类[1]。 二薄膜太阳能电池。 1、薄膜硅太阳能电池 薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50μm)的出现，相对晶体硅太阳能电池，所用的硅材料大幅度减少，很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅(a—Si)、微晶硅(μc—Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太阳能电池，前两者有光致衰退效应，其中μc—Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但μc-Si薄膜沉积速率低(仅1.2 nm/s) ，光致衰退效应致使其性能不稳定，发展受到一定的限制，而后者则无光致衰退效应问题，因此是硅系太阳能电池
的发展方向[1]。 太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0．5微米以下、面积l平方米以上的薄膜，并且容易与其他 原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前的主攻方向之一；另一种是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。 2、无机化合物薄膜太阳能电池 选用的无机化合物主要有CdTe，CdS，GaAs，CulnSe2(CIS)等，其中CdTe的禁带宽度为1．45 eV(最佳产生光伏响应的禁带宽度为1．5 eV)，是一个理想的半导体材料，截止2004年，CdTe电池光电转化效率最高为16．5％；CdS的禁带宽度约为2．42 eV，是一种良好的太阳能电池窗口层材料，可与CdTe、SnS和CIS等形成异质结太阳能电池；GaAs的禁带宽度为1．43 eV，光吸收系数很高，GaAs单结太阳电池的理论光电转化效率为27％，目前GaA/Ge单结太阳电池最高光电转换效率超过20％，生产水平的光电转换效率已经达到19～20％，其与GalnP组成的双节、三节和多节太阳能电池有很大的发展前景；CIS薄膜太阳能电池实验室最高光电转化效率已达19．5％，在聚光条件下(14个太阳光强)，光电转化效率达到21．5％，组件产品的光电转化效率已经超过13％；CIS 薄膜用Ga部分取代In，就形成Culn1-x Ga x Se2 (简称CIGS)四元化合物，其薄膜的禁带宽度在1．04～1．7 eV范围内可调，这为太阳能电池最佳禁带宽度的优化提供了机会，同时开发了两种新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2，用S完全取代Se形成CulnS2，以备In、Se资源不足时可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，严重地制约着无机化合物薄膜太阳能电池的大规模生
场效应晶体管
场效应晶体管中英文介绍（field-effect transistor，缩写：FET） 场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。 历史 场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管，Junction-FET，JFET）。1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。 基本信息 场效应管是多数电荷载体的设备。该装置由一个活跃的信道，通过该多数载流子，电子或空穴，从源到流向漏极。源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。 FET的三个端子是： 源极（S），通过其中的多数载流子输入通道。进入该通道，在S点的常规的电流被指定由IS。漏极（D），通过其中的多数载流子离开的通道。常规电流在D通道进入指定的ID。漏源电压VDS。 栅极（G），调制的通道的导电性的端子。通过施加电压至G，一个可以控制的ID。 场效应晶体管的类型 在耗尽模式的FET下，漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。或者在提高模式下的FET，它们可能被掺杂成相似类型。场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。FET的类型有： DEPFET（Depleted FET）是一种在完全耗尽基底上制造，同时用为一个感应器、放大器和记忆极的FET。它可以用作图像（光子）感应器。 DGMOFET（Dual-gate MOSFET）是一种有两个栅极的MOSFET。 DNAFET是一种用作生物感应器的特殊FET，它通过用单链DNA分子制成的栅极去检测相配的DNA链。 FREDFET（Fast Recovery Epitaxial Diode FET）是一种用于提供非常快的重启（关闭）体二极管的特殊FET。 HEMT（高电子迁移率晶体管，High Electron Mobility Transistor），也被称为HFET（异质结场效应晶体管，heterostructure FET），是运用带隙工程在三重半导体例如AlGaAs中制造的。完全耗尽宽带隙造成了栅极和体之间的绝缘。 IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor）是一种用于电力控制的器件。它和类双极主导电沟道的MOSFET的结构类似。它们一般用于漏源电压范围在200-3000伏的运行。功率MOSFET仍然被选择为漏源电压在1到200伏时的器件.
薄膜晶体管-调研报告
“薄膜晶体管的制备及电学参数”调研报告 （青岛大学物理科学学院，应用物理系） 摘要：20世纪平板显示技术的出现，把人类带入了信息社会，人类社会从此发生了质的飞跃。而平板显示的核心元件就是薄膜晶体管TFT(nlin Film Transistor)，一种在掺杂硅片或玻璃基底上通过薄膜工艺制作的场效应晶体管器件。将半导体氧化物作为有源层来制作TFT用于平板显示中，不仅能获得较高迁移率，器件性能优越，而且制造工艺简单、低温下可以获得，显示出了巨大的应用前景。本文综述了薄膜材料的制备方法，薄膜晶体管的发展历程与应用以及其结构、工作原理和测试表征方法。 关键词：薄膜材料，薄膜晶体管，制备，表征方法 Abstract:In the 20th century,the emergence of the flat panel display technology has brought human beings into the information society．Since then the human society happened a qualitative leap．The core component of flat panel display is the thin film transistor(TFT)，it is a field effect transistor device produced by thin film technology on the doped-silicon or glass．If we use the semiconductor oxide as the active layer，not only we can get a higher mobility，bu also the device performance call be enhanced．And the manufacturing process is simple，low temperatures also can be obtained,which shows a great prospect．The preparation method of thin film materials is reviewed in this paper, the development and application of thin film transistor and its structure, working principle and test method are characterized, Keywords: Thin film materials, thin film transistor, manufacture, characterization methods 前言 薄膜材料是指厚度介于单原子分子到几毫米间的薄金属或有机物层。当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们称这样的固体或液体为膜。薄膜材料具有良好的韧性、防潮性和热封性能，应用非常广泛。例如：双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）、低密度聚乙烯薄膜（LDPE）、聚酯薄膜（PET）、镀铝薄膜、半导体氧化物薄膜等等。近几年来，以氧化锌、氧化铟、氧化锡等半导体氧化物及其合金为有源层的透明薄膜晶体管备受关注，并已取得了突破性进展。这些氧化物是优异的光电材料，具有高光学透过率、生长温度低、击穿电压高、电子迁移率高等优点，从而可以获得更好、成本更低的薄膜晶体管，并且也为新型薄膜晶体管的发展带来了契机。氧化物薄膜晶体管作为极具发展潜力的新型薄膜晶体管，具备了许多传统TFT无法比拟的优点，但是也存在诸多问题有待进一步解决。例如，如何解决外界环境对器件性能的影响，优化工艺从而降低成本，如何制作出性能优越、具有实用价值的器件等，这些都是现在研究面临的问题。本文的主要调研对象，包括氧化锌以及有机薄膜作为有源层的薄膜晶体管。 薄膜晶体管的发展历程 1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管(Field
第六章 薄膜材料及其应用
第六章 薄膜材料及其应用（1） 主要内容 一、超硬薄膜 二、智能薄膜 三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、巨磁和庞磁薄膜 六、铁电薄膜 七、红外敏感薄膜 八、人工周期调制材料 一、超硬薄膜 材料的硬度不仅取决于材料的宏观性质（弹性和塑性），而且 也取决于材料的微观性质（原子间的相互作用力）。合成超硬材料对于了解原子间相互作用的微观特性与宏观特性间的基本关系，以及纯技术的应用都十分重要。 超硬材料（包括已有超硬材料和理论预言超硬材料）可以分为三类： 1. 由周期表中第2、3周期的轻元素所形成的共价和离子-共价化合物； 2. 特殊共价固体，包括各种结晶和无序的碳材料； 3. 与轻元素形成的部分过渡金属化合物，如：硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 超硬材料的特点 1. 超硬材料在正常条件下大多是亚稳相； 2. 绝大多数超硬材料都是共价型或离子型固体； 3. 过渡金属化合物超硬材料具有共价键和金属键； 4. 超硬材料在元素周期表中都由位于中间位置的主族元素组成，这些元素具有最小离子、共价或金属半径，且固态中的原子间具有最大的结合能； 5. 元素中电子壳层的周期填充使固体中的原子半径或分子体积呈规律性变化； 6. 元素固相在变化时，如具有最小摩尔体积，则具有最大的体弹性模量、最大的结合能和最高的熔点。满足Aleksandrov 关系： k 为体弹性模量，Vm 为摩尔体积，Ec 为结合能 对单一元素的固体， 绝大多数在1-4； （一）由原子序数较小的元素形成的超硬化合物 这些超硬材料由位于第2、3周期中的元素如：铍、硼、碳、氮、氧、铝、硅、磷 的化合物组成。它们能形成三维刚性点阵、原子间具有较强的共价键。典型的离子-共价化合物例子是氧化物，如：刚玉Al2O3，超石英（SiO2的高压相）。 这些超硬化合物主要有：BeO 、B6O 、P2O5、Al-B-O 系统、CNx 、SiC 、Be2C 、Si3N4及其它硼碳化合物、硼磷化物、硼硅化物等。 （二）碳材料 由于C 原子间存在不同类型的化学键合，所以C 存在大量的同素异构体和无序相。如 sp3 C 杂化键合形成的金刚石，是最硬的的已知材料。所以可将碳划到特殊材料。 单晶金刚石的维氏硬度达70-140GPa 。另一sp3 C 杂化键合形成的六方金刚石具有与金刚石类似的力学性质。近年来，利用各种沉积技术，制备了高sp3 键合度的非晶碳膜，也称类金刚石薄膜。它的显微硬度达到70GPa 。足球烯C60是有C 的sp2 原子键合形成m c V E k ∝160.5/E kV c m -≡
伽马射线辐照对有机场效应晶体管性能的影响研究
γ射线辐照对有机场效应晶体管性能的影响研究 黄小发张济鹏 （兰州大学核科学与技术学院兰州 730107） 摘要：通过制备有机场效应晶体管并对晶体管在γ射线下进行辐照，研究辐照对不同栅压下场效应管输出特性曲线的影响，以及辐照对场效应管转移特性曲线的影响。实验证明辐照使场效应管的阈值电压负向漂移，辐照时非零栅源电压引起的场效应管输出特性变化明显大于零栅源电压情况。 关键词：有机场效应管；制备；辐照；阈值电压漂移 1.实验 1.1有机场效应晶体管制备 以高掺杂五族元素的硅作为衬底，即作为n型杂质，硅衬底表面的SiO2厚度为1025nm。本实验在上述衬底上通过真空蒸发方法镀一层酞菁铜(CuPc)薄膜，再在酞菁铜膜上镀一层金(Au)作为源级和漏极，SiO2层作为栅极，制成有机场效应晶体管，下面详述实验过程： 1.1.1Si_n+衬底的清洁处理 将Si_n+衬底先后放入丙酮和乙醇溶液中清洗，然后用去离子水洗净，再经超声处理10~20分钟，之后用氮气(N2)吹干，放入烤箱中烘干。配制浓硫酸与双氧水的浓度比为3:1的腐蚀液(H2SO4:H2O2=3:1)，将烘干后的衬底放入腐蚀液中40分钟，达到去油污的目的。对衬底进行OTS处理，OTS是有机低介电常数材料十八烷基三氧硅烷，可以修饰SiO2表面，提高器件的场效应迁移率，同时降低器件的漏电流。 1.1.2真空蒸镀酞菁铜 作为第一个被报道的有机半导体酞菁类化合物是一种性能优越的有机小分子半导体材料，因为这类化合物具有二维共轭结构，分子间的π?π相互作用很大，这对于提高场效应迁移率非常有利，另外它还具有良好的热稳定性和易真空蒸镀成膜的特性，所以酞菁类化合物是制备有机薄膜晶体管良好的半导体材料，而其中又以酞菁铜最为常用，关于酞菁铜作为有源层的有机薄膜晶体管已有大量的报道。本实验选用酞菁铜蒸镀得到有机场效应晶体管。
薄膜技术发展历程
薄膜技术发展历程(一)：镀膜发展史 化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。随后，1817年，Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃，偶然第一次获得减反射膜，1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来，人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。50年代，除大快窗玻璃增透膜的一些应用外，化学溶液镀膜法逐步被真空 镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业撒谎能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用，实际上是在1930年出现了油扩散泵---机械泵抽气系统之后。 1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。1965年，研制出宽带三层减反射系统。在反射膜方面，美国通用电气公司1937年制造出第一盏镀铝灯。德国同年制成第一面医学上用的抗磨蚀硬铑膜。在滤光片方面，德国1939年试验淀积出金属—介质薄膜Fabry---Perot型干涉滤光片。 在溅射镀膜领域，大约于1858年，英国和德国的研究者先后于实验室中发现了溅射现象。该技术经历了缓慢的发展过程。1955年，Wehner 提出高频溅射技术后，溅射镀膜发展迅速，成为了一种重要的光学薄膜工艺。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等 淀积工艺。 自50年代以来，光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个
方面发展迅速。在镀膜方面，研究和应用了一系列离子基新技术。1953年，德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利，并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。1964年，Mattox在前人研究工作的基础上推出离子镀系统。那时的离子系统在10Pa压力和2KV的放电电压下工作，用于在金属上镀耐磨和装饰等用途的镀层，不适合镀光学薄膜。后来，研究采用了高频离子镀在玻璃等绝缘材料上淀积光学薄膜。70年代以来，研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子，而提供了充分的活化能，增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性，避免形成柱状显微结构，从而不同程度地改善了光学薄膜的性能，是光学薄膜制造 工艺的研究和发展方向。 实际上，真空镀膜的发展历程要远远复杂的多。我们来看一个这个 有两百年历史的科技历程： 19世纪 真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。 1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。1887年, 薄膜的真空蒸
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。 3、溅射仅是离子轰击物体表面时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体表面相互作用的过程不同，不仅可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体表面形成沉积现象和离子注入现象。 4、溅射法所采有的放电气体多为Ar气，主要原因是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面考虑，多使用Ar做为溅射气体。 5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以交流电源提供高频电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极一定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性的要求。 6、磁控溅射存在的缺点。 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
有机场效应晶体管和分子电子学研究进展
进展评述 有机场效应晶体管和分子电子学研究进展 吴卫平 徐伟 胡文平 刘云圻3 朱道本33 (中国科学院化学研究所有机固体研究重点实验室 北京 100080) 吴卫平 男,博士生,25岁,现从事分子电子学的研究。 3联系人,E 2mail :liuyq @https://www.360docs.net/doc/4d17722752.html, 。 33中国科学院院士 国家自然科学基金(90206049,20472089,20421101,20571079,20527001,90401026)和科技部973计划(2001C B610507,2002C B613401)资助项目 2006202223收稿,2006202228接受 摘 要 近几年来,有机场效应晶体管在材料和器件方面都取得了长足的进展,成为分子电子学的一个 重要方向。本文从有机半导体材料设计、有机半导体器件的构筑、单分子电子器件和纳米管在电子器件中的应用等方面,简单综述了有机场效应晶体管和分子电子学的最新研究进展。关键词 有机半导体材料 有机场效应晶体管 迁移率 分子电子学 Progresses in Organic Field E ffect T ransistors and Molecular E lectronics Wu Weiping ,Xu Wei ,Hu Wenping ,Liu Y unqi 3,Zhu Daoben 33 (K ey Laboratory of Organic S olids ,Institute of Chemistry ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080) Abstract In the past years ,organic materials have been extensively investigated as an electronic material for organic field effect transistors (OFETs ).In this paper ,we briefly summarize the current status of organic field effect transistors including materials design ,device physics ,m olecular electronics and the application of carbon nanotubes in m olecular electronics.Future prospects and investigations required to improve the OFET performance are als o inv olved. K ey w ords Organic semiconductors ,Organic field effect transistors ,M obility ,M olecular electronics 有机场效应晶体管(OFET )是用有机共轭分子作为活性半导体层,以无机或高分子介电物质作绝缘栅,通过栅电压调节开、关状态的一种三端器件。自从1986年第一个有机场效应晶体管问世以来[1],有机场效晶体管以其低成本、柔韧性好、可大面积制备等优点而受到广泛关注,贝尔实验室、I BM 公司等多个研究机构相继投入了研究[2,3]。近几年来,有机场效应晶体管得到了越来越深入的研究,新型有机半导体材料不断出现,器件性能不断改善,有机场效应晶体管成为有机电子学的一个热点。本文结合笔者课题组相关工作,简要综述了有机场效应材料、器件物理和分子电子学方面的最新进展。 1 有机场效应器件物理 111 有机场效应晶体管工作原理 有机场效应晶体管是一种通过绝缘栅电压在半导体2绝缘层界面处形成电荷累积层,由栅电压调节源、漏电极之间的载流子密度而实现开、关状态的器件。当源漏电压V ds =0时,由栅电容诱导的累积电荷均匀分布,当V ds
高分子膜的发展应用
高分子膜的发展应用 【摘要】：薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 【关键词】：薄膜；金刚石；铁电；氮化碳；半导体；超晶格 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。2.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔[2]。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。金刚石薄膜属于立方晶系,面心立方晶胞,每个晶胞含有8个C原子,每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键,牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因.金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数效、化学稳定性高、热导率高、热膨胀系数小,是优良的绝缘体。 利用它的高导热率,可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层,是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大,可以制