近年来, 二维材料(2D materials)突触晶体管器件由于其维度低、可同时读写操作、效率高等优势, 受到了研究者的广泛关注。然而, 由于二维材料的工艺兼容性、重复性以及复杂的转移过程, 它的实现仍然是一个巨大的挑战。本文采用简单的提拉法工艺, 实现了超薄铟镓锌氧化物(In-Ga-Zn-O, IGZO)半导体层(小于8 nm)的突触晶体管, 其工作电压低至3 V; 并成功地模拟了重要的生物突触行为, 包括兴奋性后突触电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)以及突触长程增强(LTP)等。在超薄半导体薄膜条件下, 由于缺陷的增强效应和栅电压对超薄半导体层可控性的提高, 有效提升了突触器件的记忆保持能力, 使其长程性能得到增强。这种改善突触晶体管长程特性的方式, 为利用普通材料制作高性能二维突触晶体管提供了一种简单易行的方法。

基于固态电解质的金属氧化物薄膜晶体管具有良好的环境稳定性和优异的电学性能，因而具有巨大的应用潜力。针对传统基于固态电解质金属氧化物薄膜晶体管调控方式工艺复杂、制备时间长的问题，本文采用高k固态电解质Ta2O5作为栅绝缘层，透明氧化铟锡(ITO)作为有源层以及源漏电极，在沉积半导体层和电极之前，利用飞秒激光对Ta2O5绝缘层薄膜进行照射处理。探究了不同激光强度对固态电解质金属氧化物晶体管电学性能的影响。随着激光强度的提高，晶体管的开态电流提高，阈值电压负向漂移。同时，本文进一步探索了激光对固态电解质晶体管突触性能的影响，兴奋性后突触电流(EPSC)随着激光强度的增强而增加。XPS测试表明，Ta2O5薄膜中氧空位含量增多，从而导致器件电导的变化。本文利用激光优异的加工处理速度和对材料性能的精确控制，提出了一种简单、快速(<1 s)、低温(<45 ℃)地调控晶体管性能的方式。

研究了保护层对背沟道刻蚀型IGZO TFT性能及其稳定性的影响。结果显示，在正电压应力下TFT的阈值电压正向漂移。通过数据分析得知，保护层对水汽的阻挡能力直接影响到IGZO TFT的性能和稳定性。通过优化TFT的保护层，可以有效阻挡水汽渗透到背沟道表面形成缺陷态，提升IGZO TFT器件的稳定性。

本文提出了一种采用铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器的新型补偿结构。它利用数据线关闭电源和驱动晶体管之间的控制晶体管, 以抑制编程期间的泄漏电流。在所提出的电路和传统电路之间进行电路性能的比较, 表明所提出的像素电路可以有效地补偿驱动晶体管的阈值电压偏移和迁移率变化。当VTH飘移2 V和μ增加30％时, IOLED误差率可以分别降低至小于5％和9％。此外, 由于使用同时驱动方法, 因此所需的最小编程时间可以被详细推导出来。所提出的像素电路的编程能力和机制已经通过FPGA平台和离散的场效应器件所证实。尽管所提出的像素电路具有非常简单的驱动结构, 但它能够提高补偿精度。

背沟道刻蚀型（BCE）非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管(a-IGZO TFT)具有工艺简单、寄生电容小以及开口率高等优点，但BCE IGZO器件背沟道易受酸液和等离子体损伤，进而引起TFT均匀性和稳定性等方面问题，随着GOA技术的导入，对TFT器件电学性能的均匀性和稳定性提升的要求也日益迫切，因此开发高信赖性BCE IGZO TFT是技术和市场的迫切要求。本文主要分析了基于IGZO的背沟道刻蚀型薄膜晶体管电学性质，通过优化钝化层材料，色阻材料以及GOA TFT结构等削弱因背沟道水汽吸附引起的器件劣化，偏压温度应力测试结果显示优化后的TFT展现了良好的稳定性——在80 ℃，栅极30 V负向偏压条件下，2 000 s的ΔVth小于1 V。最终，利用优化的IGZO TFT制作了215.9 mm(85 in)8K4K 120 Hz液晶显示器。

TFT的器件特性是影响氧化物TFT驱动的LCD显示屏良率的关键因素。本文研究了氧化物TFT的关键特性参数 (阈值，稳定性)对窄边框LCD显示屏的良率和可靠性的影响。氧化物TFT阈值过负，将会导致TFT无法正常关断，而使显示屏的外围移位寄存器(VSR)电路失效。另外，在显示区域用于像素驱动的氧化物TFT的高温和背光照射下阈值持续负向漂移，最终会导致显示区域的驱动TFT漏电流过大，从而使显示屏出现串扰和残影不良。

利用电子束蒸镀技术在石英玻璃上沉积SnF2掺杂SnO2(FTO)薄膜。研究了不同退火温度对FTO薄膜结构和光电性能的影响。研究结果表明: 升高退火温度可促进FTO薄膜中晶粒逐渐变大, 结晶度变好, 同时薄膜在可见光范围内的透射率随着退火温度升高逐渐增加, 吸收边发生蓝移, 禁带宽度显著变宽, 这是由于载流子浓度增加导致的Moss-Burstein效应。升高温度时, 薄膜电学性能随着退火温度升高有了很大改善, 700 ℃退火处理后得到电阻率低至2.74×10-3 Ω·cm、载流子浓度为2.09×1020 cm-3、迁移率为9.93 cm2·V-1·s-1的FTO薄膜。

溶液法印刷制备电子器件因具有绿色环保、低成本、流程简单、柔性好和适应性强等优良特性, 受到世界各个国家的重视, 尤其高性能薄膜晶体管是平板显示和消费电子行业的基石, 更成为了研究的热点。本文综述了基于溶液法氧化物薄膜晶体管印刷制备的最新研究进展, 详细讨论了印刷氧化物薄膜晶体管结构优化、半导体层材料、电极层材料和绝缘层材料以及相关前驱体选择等, 指出了提升器件性能的关键, 明确了器件后处理与稳定性的关系。最后, 本文总结了氧化物薄膜晶体管在印刷制备和应用过程中存在的问题以及发展前景。

论述了IGZO TFT技术的背景、技术优势和应用。详细介绍了IGZO TFT的结构, 性能和生产工艺, 并对IGZO TFT生产线存在的问题和发展趋势做出了展望。