具有交错结构(例如蚀刻停止 (ES) 和背沟道蚀刻 (BCE) 结构)的铟镓锌氧化物 (IGZO) 薄膜晶体管 (TFT) 已被证明可用作平板显示器中的电路器件 [1,2]。然而,由于栅极和源/漏极 (S/D) 电极之间的重叠,这些交错结构器件不可避免地具有较大的寄生电容,从而导致 TFT 器件的工作速度较低。自对准 (SA) 共面结构是克服该寄生电容问题的一种有前途的解决方案 [3]。形成导电的 n + -IGZO 以获得有源 S/D 区和 S/D 电极之间的欧姆接触是 SA 共面器件的重要工艺。已经提出了许多用于该工艺的方法,并且制备的 IGZO 器件具有良好的性能。通常使用等离子体处理(Ar、H2 等)[4,5] 和深紫外(DUV)照射 [6] 。然而,这些解决方案需要一个额外的步骤,如图 1a 所示,这会导致额外的工艺成本。在 SiO2 栅极绝缘体(GI)过蚀刻期间形成 n + -IGZO 是一种简单的方法 [7,8]。然而,当 GI 蚀刻等离子体可以蚀刻 IGZO 薄膜时,这种方法并不适用。最近,已经证明通过简单地涂覆有机层间电介质(ILD)可以形成 n + -IGZO 区域,并且获得了 24 Ω·cm 的沟道宽度归一化 S/D 串联电阻(R SD W)[9]。本报告展示了在 ILD 沉积过程中形成 n + -IGZO 区域的可能性。基于这个想法,其他制造低 R SD W SA 共面 IGZO TFT 的新方法值得研究。在这项工作中,我们使用磁控溅射工艺沉积 SiO x ILD 并同时为 SA 共面 IGZO TFT 形成 n + -IGZO 区域。这样,ILD 沉积和 n + 形成可以合并为一个步骤,如图 1b 所示。制造的器件具有相当低的 R SD W 。降低 IGZO 薄膜的机制
金属氧化物半导体是一类在我们的生活中得到日益广泛应用的材料,因为它们具有有趣的可调能带隙、优异的化学和机械稳定性等。随着技术的进步,能够生产出薄膜、纳米粒子、纳米线和纳米棒形式的金属氧化物,它们的应用多年来不断增长,从半导体电子器件扩展到传感器、光电子器件、催化、能量收集和存储设备。1 – 38 半导体金属氧化物的一个有趣的应用源于这样一个事实:一些金属氧化物可以掺杂外来元素,从而表现出与金属相当的电导率。这种氧化物的薄膜允许光通过,几乎不产生吸收,因此这种薄膜非常适用于作为光电器件的电极,因为光电器件需要既对光透明又能像金属一样导电的材料。这导致了透明导电氧化物 (TCO) 的发展,它是近代大多数光电子和光伏设备不可或缺的一部分。导电透明金属氧化物薄膜,例如 SnO 2 和 ZnO(氧化锌),正在许多消费电子产品中找到应用,尤其是平板显示器、触摸屏、光伏设备、低辐射玻璃、节能窗和储能设备。8 – 10,12 – 14,39 透明导电膜是一种薄层导电材料,在可见光范围内具有低吸收率(或高光透射率),是上述任何设备的基本要求。20 电导率和透明度可以进行定制,以扩大其在大量应用中的效用。 20 – 26 除透明导电薄膜外,氧化物/金属/氧化物多层结构也得到了广泛的研究,以提高它们的光透射率和电导率,以满足 TCO 的要求。11,40 – 42 图 1 显示了不同的透明氧化物及其在光伏设备、触摸屏、平板显示器和节能智能窗中的应用。然而,只有少数掺杂特定元素的金属氧化物作为 TCO 表现出令人满意的性能,例如铟 (In) 掺杂的 SnO 2 (ITO)、氟 (F) 掺杂的 SnO 2、铝 (Al) 掺杂的 ZnO、镓 (Ga) 掺杂的 ZnO 等,尽管这些都有各自的局限性。二氧化锡作为透明导电氧化物 (TCO) 因其广泛的应用而受到了广泛的研究关注,并得到了许多研究人员的评述。 9,12,43,44 评论文章主要讨论了 ITO 的挑战和机遇。它既具有低电阻率,又具有
非挥发性电阻开关,也称为忆阻器 1 效应,即电场改变双端器件的电阻状态,已成为高密度信息存储、计算和可重构系统 2 – 9 开发中的一个重要概念。过去十年,非挥发性电阻开关材料(如金属氧化物和固体电解质)取得了实质性进展。长期以来,人们认为漏电流会阻止在纳米薄绝缘层中观察到这种现象。然而,最近在过渡金属二硫属化物 10, 11 和六方氮化硼 12 夹层结构(也称为原子阻断器)的二维单分子层中发现的非挥发性电阻开关推翻了这种观点,并由于尺寸缩放的好处增加了一个新的材料维度 10, 13。我们在此以单层 MoS 2 为模型系统,阐明了原子片中切换机制的起源。原子成像和光谱表明,金属取代硫空位会导致电阻发生非挥发性变化,这得到了缺陷结构和电子状态计算研究的证实。这些发现提供了对非挥发性切换的原子理解,并开辟了精确缺陷工程的新方向,精确到单个缺陷,朝着实现最小的忆阻器的方向发展,以应用于超密集存储器、神经形态计算和射频通信系统 2、3、11。通过结合扫描隧道显微镜/扫描隧道光谱 (STM/STS) 和局部传输研究,我们观察到硫空位(MoS 2 单层中的主要缺陷)在其天然形式下不起低电阻路径的作用,这与金属氧化物存储器中氧空位的影响形成鲜明对比。 然而,从底部或顶部电极迁移的金属离子(例如金离子)可以取代硫空位,产生导电的局部态密度 (LDOS),从而驱动原子片进入低阻状态。 在反向电场下去除金原子后,缺陷恢复其初始空位结构,系统返回到高阻状态。 这种导电点切换机制类似于在原子级上形成导电桥存储器 14。然而,它本质上是不同的,也是独一无二的,因为单个金属离子填充了晶格中的单个空位,而不是通过高度无序的材料形成金属桥。我们发现硫空位在 2 纳米间距处稳定,导致忆阻器密度约为每 1 个单位
代表着一种更可靠、更安全、生命周期更长的替代方案。通过湿纺技术成功获得了许多由石墨烯、碳纳米管、导电聚合物以及最近的 MXenes 制成的纤维,并研究将其作为可穿戴超级电容器的一维电极。[17–29] 然而,这些材料通常涉及复杂的合成程序、有害的分散剂溶剂或后处理步骤,以生产出具有足够机械阻力和电化学性能的纤维。芳族聚酰胺纳米纤维 (ANF) 最近被提议作为一种新的纳米级构建块来设计新的复合材料。[30] 与基于单体聚合的标准路线相反,ANF 可以通过自上而下的方法轻松快速地获得,通过溶解芳族聚酰胺聚合物链,然后通过溶液加工重新组装成宏观纤维或薄膜。[30,31] 芳族聚酰胺聚合物以其机械强度而闻名,但它不导电,必须负载导电填料才能实现电子传输。到目前为止,ANF 主要被研究用作聚合物增强体的填料[32,33]、多功能膜的基质[34–37]、隔热罩[38,39],甚至用作隔膜的添加剂和锂离子电池的固态电解质。[40,41] 然而,尽管 KNF 分散体具有良好的湿纺性,但人们对使用 ANF 来制造 FSC 却关注甚少。在之前的工作中,Cao 等人通过共湿纺核碳纳米管分散体和鞘 ANF 分散体制备了具有核壳结构的纤维。[42] 通过用 H3PO4/PVA 凝胶电解质渗透获得的对称 FSC 显示出高达 0.75 mF cm −1 的显著线性容量。Wang 等人将石墨烯纳米片 (GNPs) 加载到 ANF 分散体中,通过在水/乙酸溶液中凝固获得 ANFs/GNPs 复合线状电极。[43] 然而,他们的结果表明,GNPs 通过恢复对苯二甲酰胺单元之间的氢键干扰了 ANFs 的凝固,导致在 ANFs 基质中 GNPs 高含量时拉伸强度持续下降。在这项工作中,PEDOT:PSS@KNFs 复合纤维通过一个简单的两步工艺生产出来,包括将 Kevlar 纳米纤维化为 Kevlar 纳米纤维 (KNF)、KNF 纤维的湿纺以及随后浸泡在 PEDOT:PSS 水分散体中。以这种方式,由于导电的 PEDOT:PSS 链渗透而几乎保持 KNF 基质的机械阻力不变,因此获得了导电纤维。 PEDOT:PSS@KNF 纤维具有柔韧性、可编织、可缝纫等特点,通过耦合相邻的两根纤维,可以形成对称的 FSC。