我院张敏老师课题组在全柔性晶体管研究中取得重要进展

2019-09-06 08:50:58

    柔性晶体管作为柔性电子的核心器件,在柔性显示、可穿戴设备、机器人人机界面等领域具有十分诱人的应用前景。全柔性晶体管的实现要求组成器件的各层材料均同时具有良好的电学特性、机械柔韧性和界面特性。低维(包括二维到零维)材料在这些方面具有独特的优势。然而,系统地集成低维材料来制备高集成度的全柔性电子器件却极具挑战性。大多数低维材料具备一定的结构同质化,在相互堆叠的情况下难以采用传统的选择性刻蚀方法实现图形化,使得传统的集成工艺不能完全适用于柔性晶体管及柔性电路集成。


    近期,我院张敏副教授课题组提出了一种光刻辅助图形化抽滤(Photolithography Incorporated Filtration, PIF)的设计和工艺方法来解决低维柔性材料集成的问题,并采用该方法实现了全柔性全碳薄膜晶体管。该研究使用半导体碳纳米管作为有源沟道,金属碳纳米管作为源漏栅电极,氧化石墨烯(GO)作为介电层,以聚对苯二甲酸乙二酯滤膜为基底,通过四步PIF工艺,在室温条件下得到电特性、柔韧性、透明性兼备的高性能全柔性薄膜晶体管阵列。其工作电压低至-1 V,亚阈值摆幅低至170 mV/dec,场效应迁移率高达105 cm2/Vs。该器件在1 mm的超小曲率半径下弯折2000次,性能总体保持稳定。器件整体(包括衬底)表现出76%的光透射率。如果去除衬底影响,晶体管本身具有94%的光透射率和小于100 nm的超薄厚度。该器件同时满足了柔性电子对高驱动能力、低工作电压、超轻、超薄、超柔、高透明的要求。此外,所提出的光刻辅助图形化抽滤为低温集成工艺平台,为未来高性能柔性可拉伸电子器件和应用集成的发展提供了可行的解决方案。

    该成果以“Ultralow Voltage All Carbon Low Dimensional Material Flexible Transistors Integrated by Room Temperature Photolithography Incorporated Filtration” 为题于2019年8月被领域内重要期刊 Nanoscale 选为封面文章刊出。该工作由我院张敏副教授指导,2016级硕士生杜春晖为第一作者,2018级硕士生黄秋月为合作作者,我院张盛东教授以及香港理工大学柴扬副教授在该工作的完成中给予了合作支持。上述研究得到了深圳市科技创新委员会基础研究项目和国家自然科学基金项目的支持。


文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/NR/C9NR02511A

封面链接:https://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/nr#!issueid=nr011032&type=current&issnprint=2040-3364

供稿人:张敏副教授课题组