韩国科学技术学院研发出一种用于场效应晶体管的高性能超薄聚合绝缘体
发布时间：2015-4-7 10:22
发布者：eechina
关键词：
场效应
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来自韩国科学技术学院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）的团队研发了一种用于场效应晶体管的高性能超薄聚合绝缘体。他们用汽化单体在多种表面成功制备出聚合膜，比如塑料，这些普适的绝缘体为将来在电子设备上的应用打下了基础。这项研究结果在线发表于3月9日的《自然·材料》（Nature Materials）杂志上。 我们日常生活使用的现代电子设备中，从手机、电脑到平板显示器，场效应晶体管无处不在。除了三个电极（栅极（gate），源极（source）和漏极 （drain））外，场效应管还包括一个绝缘层和一个半导体沟道层组成。场效应管内的绝缘层能有效控制半导体沟道的导电率，从而控制晶体管内的电流。为了 使场效应管低功率稳定运行，应用超薄的绝缘层十分重要。因为氧化物和氮化物等无机材料具有卓越的绝缘性和可靠性，绝缘层通常是由此类无机材料在硅和玻璃等 硬质表面制成。 然而，由于这些绝缘层的高硬度和高制备过程温度，它们很难用于柔性电子设备。近年来，大量科研人员把聚合物作为前景乐观的绝缘材料去研究，以适用柔性非传 统基底和新兴的半导体材料。然而，传统技术制备的聚合物绝缘体在极小厚度的表面覆盖仍不足，阻碍了应用聚合物绝缘体的场效应管在低电压状态下运行。 一个由韩国科学技术院（KAIST）生化工程系的Sung Gap教授和电子工程系的Seunghyup Yoo、Byung Jin Cho教授领导的研究团队研发出了一种有机聚合物组成的绝缘层“pV3D3”。此绝缘层是利用名为“化学气相沉降（iCVD）”的全干气相技术制成，可使 它在不失去完美绝缘特性的情况下，厚度足以缩小到10纳米（nm）之内。 iCVD过程是让气状单体和引发剂在低真空中相互接触，最终沉积在基底上的共形聚合膜具有良好的绝缘性能。iCVD与传统技术不一样的是，十分均匀且纯净 的超薄聚合膜在一大片实际上没有表层或底层限制的区域生成，与表面张力有关的问题便得以解决。并且大部分iCVD聚合物在室温下生成，减少了对基底施加的 张力和产生的损害。 科研团队通过使用pV3D3绝缘层，研发出了利用多种半导体材料如有机物、石墨烯和氧化物的低功率、高性能的场效应管，证明了pV3D3对多种材料的广泛 适用性。他们还用常规的包装胶带作为基底，制造出了一种粘贴性的、可移除的电子元件。在与韩国东国大学（Dongguk University）的Yong-Young Noh教授的合作中，科研团队成功地结合pV3D3绝缘层在一个大规模的柔性底层上开发出了一种晶体管阵列。 Im教授说：“用iCVD技术制得的pV3D3所具有的小尺寸和广泛适用性对聚合绝缘体来说是史无前例的。即使我们的iCVD pV3D3聚合膜的厚度减小到10纳米之内，它展现出的绝缘性仍比得上无机绝缘层。我们期待这项进展能极大地有益于柔性电子器件的研发，这将会对可穿戴计 算机等新兴电子设备的成功起到关键作用。” 总结：研究人员研发了一种用于场效应晶体管（field-effect transistors，FETs）的高性能超薄聚合绝缘体。他们用汽化单体在多种表面成功制备出聚合膜，比如塑料，这些普适的绝缘体为将来在电子设备上的应用打下了基础。 
该原理图展示了如何利用化学气相沉积（iCVD）技术制备pV3D3聚合膜：（i）引入汽化单体和引发剂，（ii）激活的引发剂受热分解成自由基，（iii ）单体和引发剂自由基被吸附到一个基底上，（iv）聚合自由基转化成pV3D3薄膜。 |
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