這項工作提出了溶液處理的高性能石墨烯量子點(GQDs)裝飾非晶InGaZnO (α-IGZO)薄膜晶體管(TFTs)，該晶體管基于ZrO
x作為柵極電介質(zhì)。與純IGZO TFTs相比，摻雜量優(yōu)化后的GQDs改性α-IGZO TFTs器件表現(xiàn)出更好的性能，場效應(yīng)遷移率(μ
FE)為35.91 cm
2 V
-1 s
-1，開/關(guān)電流比(I
ON/I
OFF)為5.04 × 10
8，亞閾值擺幅(SS)為0.11 V dec
-1，界面阱態(tài)(Dit)為1.57 × 10
12 cm
-2。此外，摻雜濃度為0.5 mg ml
-1的GQDs摻雜IGZO TFTs在偏置應(yīng)力和光照應(yīng)力條件下均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。為了證明α-IGZO TFTs在邏輯電路中的潛在應(yīng)用，集成了基于GQDs-IGZO/ZrO
x的電阻負(fù)載單極逆變器，具有良好的動態(tài)性能和9.3的高增益. GQDs-IGZO/ZrO
x TFTs的低頻噪聲(LFN)特性表明，遷移率的波動是噪聲源。基于所有實驗結(jié)果，可以得出結(jié)論，溶液處理的GQDs-IGZO/ZrO
x TFT在光電子學(xué)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. (a)脫摻雜和(b) GQDs摻雜通道層的IGZO TFTs示意圖。
圖2. （a） GQDs-IGZO-0 薄膜、（b） GQDs-IGZO-1 薄膜、（c） GQDs-IGZO-2 薄膜和 （d） GQDs-IGZO-3 薄膜的 AFM 圖像。
圖3. (a)透射率，(b)帶隙測定，(c)熱行為，(d)不同GQDs濃度下IGZO薄膜的XRD譜圖。
圖4. (a) C1 s和(c) O 1s的XPS光譜。不同摻雜濃度GQDs-IGZO薄膜碳相關(guān)(b)和氧相關(guān)(d)組分變化的半定量分析。
圖5. (a) GQDs-IGZO-0 TFT、(b) GQDs-IGZO-1 TFT、(c) GQDs-IGZO-2 TFT、(d) GQDs-IGZO-3 TFT輸出曲線。(e) GQDs-IGZO TFTs的傳輸特性。(f)不同GQDs摻雜濃度下GQDs-IGZO TFTs的電參數(shù)。
圖6. （a） GQDs-IGZO-0 TFT和（b） GQDs-IGZO-2 TFT在PBS測試下，（c） GQDs-IGZO-0 TFT和（d） GQDs-IGZO-2 TFT在NBS測試下的轉(zhuǎn)移曲線變化。(e) PBS和(f) NBS測試下GQDs-IGZO TFT的偏置不穩(wěn)定性機制。
圖7. (a-c) GQDs-IGZO-0 TFT和(d-f) GQDs-IGZO-2 TFT在紅、綠、藍三種光照射下PBIS測試下的傳遞曲線。
圖8. (a-c) GQDs-IGZO-0 TFT和(d-f) GQDs-IGZO-2 TFT在紅、綠、藍三種光照射下NBIS測試的傳遞曲線。
圖9. 在(a)黑暗、(b)紅光、(c)綠光和(d)藍光照射下，GQDs-IGZO TFT的V
TH移位與應(yīng)力時間的函數(shù)關(guān)系。
圖10. (a) GQDs-IGZO TFT中Vo相關(guān)阱態(tài)的光致電離示意圖。(b) PBIS和(c) NBIS在光照下柵電介質(zhì)中固定電子的積累。
圖11. (a)基于GQDs-IGZO-2 TFT的電阻負(fù)載逆變器。(b) GQDs-IGZO-2 TFT的VTC曲線。(c)不同外加電壓下逆變器GQDs-IGZO-2 TFT的電壓增益。(d)動力響應(yīng)行為曲線。
圖12. (a, b)頻率函數(shù)和(c) GQDs-IGZO TFTs的不同V
GS-V
TH的歸一化S
ID/I
D2。
相關(guān)研究成果由安徽大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Xiaofen Xu等人于2023年發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology (https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.09.016)上。原文：Optimization of electrical performance and stability of fully solution-driven α-InGaZnO thin-film transistors by graphene quantum dots
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
