制造薄膜晶体管的可扩展方法实现超洁净界面

密歇根大学的BeckyPeterson教授领导的团队开发了一种可扩展、可制造的方法，用于开发在尽可能低的电压下运行的薄膜晶体管(TFT)。这对于TFT与当今用于绝大多数集成电路中的硅互补金属氧化物半导体(CMOS)的集成尤为重要。

ECE博士说：“我们实质上是在开发一种在较低电压下运行的不太复杂的设备。”学生Tonglin(Tanya)Newsom，他是该论文的第一作者。“有了这种陡峭的亚阈值摆动装置，我们可以显着降低电路的能量耗散，这意味着能量损失更少。这可以帮助每个使用电子设备的人。”

TFT支持现代显示器的操作，充当控制每个单独像素处的光的开关。在开启和关闭状态之间高效切换可实现更低的电压运行，从而实现更节能的系统。实现高效开关的关键制造挑战之一是TFT内不同材料层之间需要超清洁界面。干净的界面意味着电子可以在通道中流动以“打开”或“关闭”像素而不会被困住。

“我们试图开发的关键技术是半导体和栅极绝缘体之间的超洁净界面，因此开和关状态之间的切换过程将非常迅速，”彼得森说。“根据室温下的基本物理限制，我们能够以最快的速度实现切换。”

为此，Peterson的团队与机械工程教授NeilDasgupta合作，他们共同开发了氧化锌锡原子层沉积技术，这是一种宽带隙半导体，可用于电子和能源设备，例如TFT、多功能传感器和太阳能电池。Peterson的团队通过直接集成晶体管两个不同关键部分(栅极电容器和半导体通道)的原子层沉积工艺，使这项技术更进一步。

彼得森说：“我们通过在同一工具中背靠背沉积两层而不破坏真空来获得最佳结果。”“这种方法展示了一种实现最佳TFT性能的直接方法。”

彼得森的团队专注于非晶氧化物半导体，这是一种在显示器中商业化的材料，使我们能够单独控制像素。它们对于实现低功耗操作、高像素密度屏幕、触摸屏和触觉显示器非常重要，这些显示器可为各种应用(包括可穿戴设备和AR/VR设备)产生触觉效果(例如振动)。

纽森说：“我真的希望更多的人对从事这种基础科学和工程感兴趣，因为这项工作不仅仅是发现新的可能性——而是改进技术来帮助世界。”

该研究“59.9mV·dec-1SubthresholdSwingAchievedinZincTinOxideTFTsWithInSituAtomLayerDepositedAl2O3GateInsulator”被选为IEEEElectronDeviceLetters的编辑精选。