平面双栅型离子栅晶体管的逻辑功能研究

离子栅晶体管作为一种新型半导体器件,因其低电压、可多栅调控的特点以及在化学传感和类脑器件方面的运用而备受关注。由于离子栅具有侧向长程调控的能力,十分有利于制备成平面双栅的结构,进一步利用两个栅极输入对离子与沟道内电子耦合情况的调控,可以实现独特的逻辑输出。为了更好地实现该功能,采用射频磁控溅射制备了铟镓锌氧(IGZO)沟道和铟锌氧(IZO)电极,以聚电解质材料——聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)作为离子栅介质制备了平面双栅型离子栅晶体管。在测量其晶体管基本电学特性的基础上,通过对双栅调控机制的研究,首先实现了与逻辑(AND)的输出,再利用负载电阻后反相器的非门(NOT)作用,将两者结合,形成与非逻辑(NAND)输出,从而证明离子栅晶体管在平面双栅结构下仅需简单的器件和电路就能实现多种基本逻辑功能。

基于PSSNa的平面侧栅型氧化物双电层薄膜晶体管

双电层薄膜晶体管(EDLTs)凭借其低电压、多栅调控以及对神经突触的模拟而备受关注。为了实现一种基于聚电解质的新型平面侧栅结构的EDLTs,采用磁控溅射制备的氧化铟镓锌(IGZO)沟道和氧化铟锌(IZO)电极,试验了三种不同的聚电解质作为栅介质。发现聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)可以作为栅介质材料实现器件的良好工作。由于其低频时高达2.9μF/cm^(2)的双电层电容,使器件的工作电压可以控制在1 V以内,迁移率为0.23 cm^(2)/(V·s),开关比为4.6×10^(3)。而壳聚糖和全氟磺酸树脂(Nafion)则是受到了本身离子含量低以及侧栅控制能力弱的制约。进一步研究PSSNa-EDLTs器件的湿度响应表明,其转移特性曲线随着相对湿度的上升表现出有规律的变化,且该规律与离子栅介质中的水分子含量直接相关。本文的结果为后续平面侧栅器件的优化提供了依据,且平面侧栅PSSNa-EDLTs器件在相关传感方面具备潜力。