需求背景
比尔肯特大学团队指出柔性设备在健康监控、可穿戴电子和显示器上的潜在应用。新成果不再需要大多数显示器所用刚性TFT电路所需高温沉积/退火步骤，该步骤会影响有机物和金属氧化物器件的可靠性。尽管氧化锌等金属氧化物的可靠性能够通过封装改进，但会增加制造复杂性和成本。
通常，GaN需要在高达1000摄氏度的高温下沉积，但是原子层沉积（ALD）等已经研发出的其他技术改进了对温度的要求。研究团队表示，“截止目前，氮基电子和光电器件已经通过转移方法在柔性衬底上实现了，潜在风险是器件产量的减少，因此阻止了上述所提器件的商业化”。
技术突破
比尔肯特大学的研究人员在刚性硅衬底和柔性酸乙二酯（PEN）上制造出GaN TFT，如下图所示。在200摄氏度使用空心阴极等离子辅助ALD工艺在二氧化硅层上产生77纳米氧化铝（Al2O3）和11纳米GaN层等，然后在切出图形窗口来完成器件。该200nm二氧化硅由电子束蒸发制造。
图：（a）在柔性衬底上制造器件步骤示意图
（b）作者手里拿的是在柔性衬底上的一系列带有GaN沟道的背栅TFT
（b）作者手里拿的是在柔性衬底上的一系列带有GaN沟道的背栅TFT
二氧化硅直接生长在清洁过的硅衬底。对于PEN衬底，一个100nm铝层在二氧化硅上形成了背栅结构。对于刚性衬底，背栅由p型硅形成。器件包括一个50um×50um的方形栅极。器件隔离由干法刻蚀实现。源/漏触点金属是钽/金。
性能
在刚性衬底上，TFT的开/关电流比是2×103，“输出特性有清晰的饱和度”，阈值电压是0.25V，在10V栅电压和1V漏极偏置下有效迁移率是0.005cm2/(V·s)。低电子迁移率是因为“ALD基GaN薄膜的纳米晶体和缺陷特性”。
在柔性衬底上，TFT的开/关电流比降为7×102，但提供更高的阈值电压2.5V，在8V栅压和1V漏极偏置下有效迁移率是0.0012cm2/(V·s)。如下图所示。
图 柔性衬底上GaN TFT的转移特性（a）和输出特性（b）
研究人员表示：“阈值电压的不同归因为在柔性衬底上的沉积GaN薄膜中有更高的氧气集中度，更高的氧气含量使GaN薄膜中形成Ga2O3。柔性衬底上是10%氧气，刚性衬底上是2-3%氧气，该结果得到了X射线光谱学证实。因此，柔性衬底上的器件展现出更高的阈值电压和更低的开/关电流比”。
自评
研究人员表示：“从不需要封装或退火来稳固器件角度而言，该研究结果非常重要，而封装或退火是电子化稳定带有半导体金属氧化物沟道的TFT的常用方法。”
来源：大国重器