氧化锌纳米纤维沟道铁电场效应晶体管的制备及性能研究

摘要

铁电栅场效应晶体管(FeFET)作为非挥发性存储器的基本存储单元，受到人们的广泛关注。其中，纳米沟道FeFET以其高的场效应迁移率、大的电流开关比和低的操作电压等特性，引起了人们的极大研究兴趣。本论文开展了底栅结构的ZnO纳米沟道BNTFeFET的制备与表征的实验研究，包括制备和表征ZnO纳米纤维、Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)薄膜和ZnO纳米纤维/BNT FET，并对其性能进行了研究分析，具体的研究工作和研究结果如下：
　　1、采用溶胶凝胶法制备了BNT薄膜，对BNT薄膜进行了膜厚、电滞回线(P-V)、漏电流、C-V、D-F的测试和XRD、SEM表征。实验结果表明：溶胶凝胶法制备的薄膜比较均匀；BNT薄膜的铁电性能随厚度的增加而变好，漏电流随厚度的增加而减小；Pt片上制备的BNT薄膜的铁电性能优于N型重掺杂硅(N++Si)上制备的BNT薄膜的铁电性能；D-F测试得BNT的相对介电常数为352。
　　2、采用静电纺丝法制备了ZnO纳米纤维，对ZnO纳米纤维进行了金相显微镜拍照、热失重测试、SEM和XRD表征。实验发现：PVP的含量为0.26g/4mL到0.36g/4mL甚至更高时都能得到较好的纤维，0.36g/4mL的纺丝效果最好；纺丝电压为18.5kV和19kV时，纺丝效果都挺好，液滴和小颗粒都比较少；高于450℃时热失重曲线几乎不变，可用来煅烧纤维；纤维煅烧后较煅烧前的直径明显减小，随着温度的升高，其直径有先减小后增加的趋势，且高温时较低温更容易断裂；XRD测试中无杂质峰出现，表明制备的纤维几乎无杂质。
　　3、制备了以ZnO纳米纤维为沟道、BNT铁电薄膜为绝缘层的FET，并对FET的电学性能进行了测试分析。结果表明：ZnO纳米纤维/BNT FET的电学性能显示出P沟道增强型特性，其阈值电压为-0.5V，亚阈值摆幅为0.5V/decade，沟道迁移率为132.4cm2/Vs，开关电流比为104，这些优良性能与ZnO纳米纤维大的表面体积比、BNT绝缘层的极化及ZnO纳米纤维沟道和BNT绝缘层两者的结合有关；单根和多根的ZnO纳米纤维/SiO2晶体管都显示出N型特性，电流在纳安级别，晶体管特性曲线不明显；以BNT为绝缘层的纳米沟道晶体管性能明显优于以SiO2为绝缘层的纳米沟道晶体管性能，这与BNT作为绝缘层能都诱导出更多的电荷有关。

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第1章 绪论

1.1 场效应晶体管(FET)

1.2 铁电场效应晶体管(Ferroelectric-gate FET，FeFET)

1.3 纳米沟道铁电场效应晶体管

1.4 本论文的选题依据和主要内容

第2章 BNT铁电薄膜的制备和表征

2.1 引言

2.2 BNT铁电薄膜的制备

2.3 BNT铁电薄膜的表征

2.4 本章小结

第3章 ZnO纳米纤维的制备与表征

3.1 引言

3.2 ZnO纳米纤维的制备

3.3 ZnO纳米纤维的表征

3.4 本章小结

第4章 ZnO纳米沟道晶体管的制备与性能研究

4.1 引言

4.2 ZnO纳米沟道铁电栅FET的制备

4.3 ZnO纳米沟道铁电栅FET的性能表征

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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