本文介绍了聚乙烯醇（PVA）衬底薄膜晶体管（TFT）的器件制备、电学性能分析和器件溶解特性的演示。该器件以高介电材料氧化铪（HfO2）作为绝缘层，铝掺杂氧化锌（AZO）作为有源层，铝作为栅极、源级与漏极。采用低温磁控溅射（PVD）法成功在PVA衬底上制备出高介电常数（高k ）绝缘层的薄膜晶体管，并基于该器件的绝缘层结构做了进一步优化：利用氧化铪（HfO2）氧化铝（Al2O3）的叠层结构作为绝缘层。结果表明相比于单层氧化铪绝缘层结构的TFT，叠层结构绝缘层的TFT器件性能更优，具有更低的漏电流、更高的开关比和较低的亚阈值摆幅，更适合作为聚乙烯醇衬底薄膜晶体管的绝缘层。“三明治”叠层结构绝缘层的器件开/关比达到2.5×106，阈值电压为10.6 V，亚阈值摆幅为0.53 V·dec-1，载流子迁移率为3.01 cm2·V-1·s-1。
1 苏州科技大学, 电子与信息工程学院, 江苏 苏州 215009
2 苏州市智能测控工程技术研究中心, 江苏 苏州 215009
目前电缆绝缘层厚度检测算法主要采用图像处理技术提取出绝缘层的边缘轮廓, 此类算法存在绝缘层边缘过宽和边缘不连续等问题, 影响了后续的检测精度。为提高绝缘层测量精度, 新算法基于RCF算法进行改进, 在模型的4、5阶段采用空洞卷积, 增大模型的感受野; 并在侧输出网络加入尺度增强模块(SEM模块)和由浅到深的级联网络, 增加侧输出图像的细节信息。通过自制的电缆绝缘层数据集对模型进行训练, 结果表明改进后的模型在数据集最优尺度(ODS)和单张图片最优尺度(OIS)分别为0.821和0.842, 平均精度为0.799, 算法相较于RCF模型ODS和OIS分别提高了0.008和0.01, 检测精度提升了0.021。并在伯克利大学数据集(BSD500)数据集上对模型的性能进一步验证, 其中ODS和OIS分别为0.810和0.825, 所提算法相较于RCF模型ODS和OIS分别提高了0.009和0.006
电缆绝缘层边缘检测 深度学习 空洞卷积 多尺度模块 级联网络 edge detection of cable insulation deep learning dilation convolution scale enhancement module cascade network
1 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地, 江苏省生物传感材料与技术重点实验室, 信息材料与纳米技术研究院, 江苏先进生物与化学制造协同创新中心, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地, 江苏省生物传感材料与技术重点实验室, 信息材料与纳米技术研究院, 江苏先进生物与化学制造协同创新中心, 江苏 南京 210023)
随着光电信息产业的高速发展, 发光二极管(LEDs)作为固态照明和显示设备的核心单元, 受到了研究人员的广泛关注。根据驱动方式的不同, 一般将LEDs分为恒压或直流驱动的LEDs (DC-LEDs)以及交流驱动的LEDs (AC-LEDs)。与DC-LEDs相比, AC-LEDs不仅可以避免载流子大量累积所导致的亮度和效率降低, 并且无需变压与整流系统即可接入交流电系统中, 大幅简化了器件集成工艺, 因此AC-LEDs展现出更好的应用前景。基于此, 本文介绍了AC-LEDs的发光机制, 总结了包括双绝缘、单绝缘、双注入、串联和平行结构在内的几种常见结构类型; 综述了各类AC-LEDs的研究进展, 探讨了各种结构对器件性能的影响, 发现器件内部载流子的传输平衡和绝缘层的高介电性质是实现AC-LEDs高性能的关键因素; 本文最后探讨了AC-LEDs所面临的机遇与挑战。
交流驱动 有机发光二极管 绝缘层 载流子产生 频率 alternating current organic light-emitting diodes insulator carrier generation frequency
上海大学 机械工程与自动化学院, 上海 200072
随着薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)在各类新兴电子产品中得到广泛应用, 作为各类电子设备的关键组件, 其工作电压和稳定性面临着巨大挑战。为了满足未来高度集成化、功能复杂的应用场合, 实现其低工作电压和高稳定性就变得异常重要。我们在150 mm×150 mm大面积玻璃基底上, 采用磁控溅射非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium-gallium-zinc-oxide,a-IGZO)作为有源层, 以原子层沉积(ALD)Al2O3为栅绝缘层, 制备了底栅顶接触型a-IGZO TFT, 并研究了50,40,30,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层对TFT器件的影响。其中, 20 nm超薄Al2O3栅绝缘层TFT具有最优综合性能: 1 V的低工作电压、接近0 V的阈值电压和仅为65.21 mV/dec的亚阈值摆幅, 还具有15.52 cm2/(V·s)的高载流子迁移率以及5.85×107的高开关比。同时, 器件还表现出优异的稳定性: 栅极±5 V偏压1 h阈值电压波动最小仅为0.09 V以及优良的150 mm×150 mm大面积分布均一性。实现了TFT器件的低工作电压和高稳定性。最后, 以该TFT器件为基础设计了共源极放大器, 得到14 dB的放大增益。
a-IGZO 薄膜晶体管 Al2O3栅绝缘层 原子层沉积 共源极放大器 a-IGZO TFT Al2O3 gate insulator ALD common-source amplifier
1 微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室, 南京 210016
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所, 南京 210016
3 东南大学 先进光子学中心, 南京 210096
介绍了LNOI材料、光波导制备、光耦合和器件技术方面的研究进展, 并针对LNOI材料在光电集成芯片方面的发展进行了展望。
薄膜铌酸锂 绝缘层上铌酸锂 集成微波光子 光电集成 thin film lithium niobate LNOI integrated microwave photonics optoelectronic integration
1 长春工业大学 化学工程学院, 吉林 长春 130012
2 长春工业大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春 130012
为改善有机半导体器件的界面性能, 在氮化硅层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成复合绝缘层。首先, 利用原子力显微镜研究了不同浓度的PMMA复合绝缘层的表面形貌及粗糙度。接着, 蒸镀六联苯(p-6P)、酞菁铜和金电极, 构成有机的金属-绝缘层-半导体(MIS)器件。最后, 研究了MIS器件的回滞效应及电性能。实验结果表明, 复合绝缘层的粗糙度为单绝缘层的1/5, 大约1.4 nm。复合绝缘层上的p-6P薄膜随着PMMA浓度增加形成更大更有序的畴, 但单绝缘层上薄膜呈无序颗粒状。复合绝缘层的有机MIS器件几乎没有回滞现象, 但单绝缘层的器件最大回滞电压约为12.8 V, 界面陷阱电荷密度约为1.16×1012 cm-2。复合绝缘层有机薄膜晶体管的迁移率为1.22×10-2 cm2/(V·s), 比单绝缘层提高了60%, 饱和电流提高了345%。基于复合绝缘层的MIS器件具有更好的界面性能和电性能, 可应用到有机显示领域。
复合绝缘层 金属-绝缘层-半导体 聚甲基丙烯酸甲酯 氮化硅 回滞效应 compound insulation layers metal-insulator-semiconductor polymethyl methacrylate silicon nitride hysteresis effect
厦门乾照光电股份有限公司, 福建 厦门 361101
通过在传统ITO+DBR膜系结构基础上令电极金属与DBR层形成ODR(全角反射镜)膜系结构的方法, 设计并制备了具有ODR结构的高压倒装氮化镓基发光二极管, 有效提高了LED芯片的光效。ODR结构由DBR(分布布拉格反射镜)层上联接芯粒的电极金属和DBR层组成, 经过理论分析和计算, 与传统ITO+DBR结构器件相比, 在400~550nm波长范围、全角度入射时平均反射率Rave从86.25%提升到了96.71%。实验制备了传统ITO+DBR结构和ODR结构的3颗芯粒串联的高压倒装氮化镓基 LED器件, 尺寸为0.2mm×0.66mm, ODR结构器件的有效反射结构面积增加了4.8%, 饱和电流增加了12mA, 用3030支架封装后在30mA的测试电流下, 电压降低了0.163V, 辐射功率提升了3.78%, 在显色指数均为71时光效提升了5.42%。
ODR结构 高压倒装 双绝缘层 发光二极管 ODR structure high-voltage flip-chip double ISO layers light-emitting diodes
1 深圳大学 光电工程学院电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 深圳 广东, 518060
2 深圳技术大学 新材料与新能源学院, 深圳 广东, 518118
栅绝缘层是薄膜晶体管(TFT)的关键组成部分, 低成本及低温制备是其未来的发展方向。阳极氧化法是可以实现这些目的的制备工艺技术之一。本文首先采用电子束蒸发在150℃的玻璃基板上制备Mg-Al合金薄膜, 然后使用阳极氧化法形成Mg-Al复合氧化物薄膜, 并对不同制备工艺条件下的薄膜结构、绝缘性能等进行了初步研究。所获得的Mg-Al氧化物薄膜具有均匀的非晶态结构以及较好的绝缘性能, 适合于用作TFT的栅绝缘层。
阳极氧化 栅绝缘层 Mg-Al复合氧化物 Anodic oxidation gate insulating layer Mg-Al composite oxide
1 西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 陕西 西安710049
2 西安交通大学 微电子学院, 陕西 西安710049
基于半导体仿真软件Silvaco TCAD对薄膜晶体管(TFT)进行器件仿真, 并结合实验验证, 重点分析不同绝缘层材料及结构对TFT器件性能的影响。仿真及实验所用薄膜晶体管为底栅电极结构, 沟道层采用非晶IGZO材料, 绝缘层采用SiNx和HfO2多种不同组合的叠层结构。仿真及实验结果表明: 含有高k材料的栅绝缘层叠层结构较单一SiNx绝缘层结构的TFT性能更优; 对SiNx/HfO2/SiNx栅绝缘层叠层结构TFT, HfO2取40 nm较为合适; 对含有高k材料的3层和5层绝缘层叠层结构TFT, 各叠层厚度相同的对称结构TFT性能最优。本文通过仿真获得了TFT性能较优的器件结构参数, 对实际制备TFT器件具有指导作用。
半导体器件仿真 薄膜晶体管 绝缘层 氮化硅 二氧化铪 叠层结构 semiconductor device simulation thin film transistor insulation layer SiNx HfO2 overlapping structure
1 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
2 东莞中子科学中心, 广东 东莞 523803
对脉冲电源系统72 h老练实验过程中高压电缆座打火并被击穿情况进行分析,建立高压电缆终端电场分布等效电路,推导出从电缆终端到金属屏蔽层的电势差公式,从理论上分析高压座被击穿的原因是电缆终端绝缘层未做倒角,空间电荷在此处集聚、温度升高导致的。通过定位被击穿高压座击穿孔的位置验证理论分析的正确性,最后提出高压电缆端部绝缘层处理方法,并做72 h老练实验验证了其正确性。
脉冲电源 高压电缆座 电场分布等效电路 电缆终端绝缘层 老练实验 pulsed power supply high-voltage cable socket electrical field distribution equivalent circuit insulation of the cable terminal continuous conditioning experiment 强激光与粒子束
2017, 29(7): 075104
