集美大学许望颖 Advanced Electronic Materials：水溶液法超薄二维氧化物薄膜晶体管

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论文信息

研究背景

二维氧化物半导体对发展多功能、超柔性、高透明度、高集成度的晶体管器件具有重要意义。然而，随着氧化物半导体沟道的厚度降低到纳米级别，器件性能会急剧降低，以及通常需要昂贵的真空技术制造，严重阻碍二维氧化物半导体的发展。

研究内容

集美大学许望颖等在前期的研究基础上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16,8960−8973；ACS Appl. Mater.  Interfaces 2023, 15, 53725−53737；Appl. Phys. Lett. 2022, 121, 163301），开发出一种通过水溶液制备的二维（2.7 nm）C轴取向的结晶In-S-O氧化物半导体沟道材料。基于Si/SiO2基底的二维In-S-O晶体管表现出高迁移率（22.15 cm²/V·s）、高开关电流比（10⁷）和良好的偏压稳定性。通过详细的研究，发现优异的器件性能得益于高度c轴取向的晶体结构，精心设计的In-S-O沟道材料和原子级平滑的表面。此外，本文还展示了基于全水溶液工艺的准二维 In-S-O/ZrO₂超低功耗晶体管器件。

相关研究成果在“Advanced Electronic Materials”期刊上发表了题为“2D C-Axis-Aligned Crystalline In─S─O Transistors Processed from Aqueous Solution”的最新论文。该工作展示了低成本水溶液法合成高性能二维金属氧化物半导体的巨大潜力。

图文解读

图1：不同硫掺杂含量的In-S-O薄膜的GIXRD（掠入射X射线衍射）图案和AFM（原子力显微镜）图像，以及In-S-O薄膜的厚度和光致发光（PL）光谱。

图2：XPS分析In-S-O薄膜的化学和缺陷态。

图3：展示了硫掺杂前后In₂O₃薄膜的形成过程示意图。

图4： In-S-O薄膜的HRTEM图像。

图5：不同硫掺杂比例的In-S-O晶体管的转移和输出特性曲线。

图6： In-S-O晶体管在正偏压应力和负偏压应力下的稳定性。

图7：不同厚度的In-S-O薄膜的AFM图像和透射光谱。

图8：不同厚度和退火温度下In-S-O晶体管的转移特性。

图9：准二维 In-S-O/ZrO₂晶体管的HRTEM图像和电学性能。

期刊简介

期刊Advanced Electronic Materials重点发表物理：应用、材料科学：综合、纳米科技相关方向的文章。

该期刊是一个跨学科论坛，在材料科学，物理学，电子和磁性材料工程领域进行同行评审，高质量，高影响力的研究。除了基础研究外，它还包括电子和磁性材料、自旋电子学、电子学、器件物理学和工程学、微纳机电系统和有机电子学的物理和物理性质的研究。期刊最新引文指标为0.9，最新影响因子为5.3（2023）。

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