作为下一代光电器件的重要核心技术之一,透明电子学吸引了人们极大的研究兴趣。它在透明显示技术、透明超级电容器、紫外光探测器及太阳能电池等领域有着非常广泛的应用前景。透明电子学的实现有赖于其核心技术-透明薄膜晶体管的发展。而满足这一条件的透明薄膜晶体管所具有的特征为高电子迁移率、高开关电流比以及低的驱动电压。宽禁带半导体氧化物纳米线是实现高性能透明薄膜晶体管的可靠的材料之一。
目前研制基于金属氧化物纳米线的透明薄膜晶体管的典型工艺为:先合成纳米线薄膜,然后通过化学溶液的方法,如在有机溶剂中将纳米线从生长基片上超声分离,然后将分离出来的纳米线转移至透明基底上来制作透明薄膜晶体管。这一过程的一个很大的问题是超声分离手段对最初生长的纳米线薄膜的排列方式产生了明显的破坏。因此,如何制备可以直接转移的纳米线薄膜材料是当前该领域科研人员所广泛关注的问题。
武汉光电国家实验室纳米能源技术与功能纳米器件团队的沈国震教授、徐璟博士生、王显福硕士生、黄洪涛博士生、陈娣教授利用激光烧蚀辅助化学气相沉积法,在硅片上得到了具有分支结构的氧化铟纳米线薄膜。所得到的纳米线薄膜可以用诸如镊子之类的针尖直接从硅片上转移到透明基底,如玻璃片上,来制作全透明薄膜晶体管。由于可以直接用物理方法进行转移,所以转移前和转移后的纳米线薄膜的结构没有发生明显的变化。由此材料所制作的全透明薄膜晶体管的可见光透过率达到了80%以上,器件的电子迁移率达到了243 cm2V-1S-1,开关电流比为105。该成果为研制基于全透明薄膜晶体管的下一代全透明显示技术提供了一个很好的思路。
该研究工作得到了国家自然科学基金、华中科技大学人才引进基金、华中科技大学自主创新基金、湖北省自然科学基金以及教育部博士点基金的资助。研究成果于12月8日正式发表在Advanced Materials杂志的网络在线版上(DOI: 10.1002/adma.201003474)。
基于可直接转移的氧化铟纳米线薄膜的薄膜晶体管的制作工艺以及最终的全透明薄膜晶体管的光学照片图
(责任编辑:陈智敏)