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本文介绍的基于HBr气体处理的高性能P沟道CuI薄膜晶体管研究来自朱春翔副教授团队，他的研究领域包括半导体器件及其工艺。朱春翔副教授是IEEE会士（IEEE Fellow），同时他也是新加坡国立大学广州创新研究院的博士生导师。

实现低功耗互补金属氧化物半导体 （CMOS）电路急迫需要具有与 N 沟道金属氧化物半导体 TFT器件性能相当的高性能 P 沟道薄膜晶体管（TFT）。然而，合适用于制造P 沟道 TFT 的半导体材料种类有限，包括 CuxO、NiO 和 CuI。在这些材料中，CuI 具有高空穴迁移率、低退火温度和宽带隙 （~3.1 eV） 等优点。在这项工作中，我们首次提出并采用 HBr 气体处理 CuI TFT 以抑制空穴载流子浓度。HBr 处理的 CuI TFT 显示出优秀的器件性能，空穴迁移率为 3.0 cm²V^-1s^-1，电流开关比为 8.7×10⁵，以及稳定的器件性能。

1. TFT器件制备及材料表征

左上图是P沟道CuI薄膜晶体管制备的工艺流程示意图。溅射法沉积的25纳米厚的镍用来作背栅，原子层沉积的15纳米氧化铝作为栅介质，电子束蒸发沉积25纳米镍以形成源漏电极。CuI 沟道则通过旋涂 CuI 前驱体溶液制备，然后进行退火。RIE-ICP腔室用来实现对CuI TFT 样品的 HBr 气体处理（处理时间从0到600秒）。XPS结果（右上图）表明随着HBr的处理时间增加，Br/（Br+I）的原子比例也随之增加。XRD结果显示HBr处理的CuI样品和未处理的样品都是多晶，且有相似的晶体结构。 

2. P沟道CuI的器件性能

左下图显示CuI器件的转移特性。没有经过HBr处理的器件在测试的电压范围一直处于导通状态，导致很低的开关比。与之相比，经过300秒HBr处理的器件则具有明显的开关特性，其关断状态的沟道电流可减少7个数量级，从而使开关比提升至8.7×10⁵。开关比的大幅提升证明HBr处理可以有效降低CuI薄膜的空穴浓度。此外，HBr处理也没有导致空穴迁移率的明显降低，其空穴迁移率为3.0cm²V^-1s^-1。 最后，对HBr处理的CuI薄膜晶体管进行的循环测试以及存放15日后再测试（右下图）表明，基于HBr处理的CuI薄膜晶体管具有良好的稳定性。   

项目负责人简介

朱春翔 | 副教授

朱春翔副教授于1992年获得西安电子科技大学电子材料学学士学位，1995年获得微电子学硕士学位，并于2001年在中国香港科技大学获得电气与电子工程博士学位。朱春翔副教授2001年2月加入新加坡国立大学电气与计算机工程系，研究领域包括半导体器件及其工艺。此外，自2004年8月起，他还担任新加坡微电子研究院（IME）的研究员，同时他也是IEEE会士（IEEE Fellow）。

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