CN105514172A - 一种低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低电压透明氧化物薄膜晶体管及其制备方法，该薄膜晶体管包括：衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。该透明氧化物薄膜晶体管以高介电常数ZrO2膜为栅电极绝缘层，实现了薄膜晶体管的全透明性和低电压开启特性，具有较高的开关比、载流子迁移率，在平板显示、透明电子器件和柔性显示等领域具有广泛的应用前景；采用其作为像素开关，大大提高了有源矩阵的开口率，从而提高了亮度，降低了功耗。
Description
技术领域
本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，同时还涉及一种低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，简称TFT)是一种有源器件，因其较低的开启电压和较高开/关电流比的特性而被用作液晶显示器(LCD)中的开关控制器件。薄膜晶体管(TFT)是平板显示的核心器件，任何有源矩阵寻址的平板显示都依赖于TFT控制和驱动。由于TFT-LCD中的像素点由相应的TFT控制，为了适应平板显示大面积、高品质、低成本和高可靠性的发展，对TFT器件的要求越来越高。TFT的性能与制作TFT所采用的材料的载流子迁移率有关，若要提高TFT的性能，则需要提高材料的载流子迁移率。此外，应用于液晶显示器中的TFT还需具备良好的透光率，以提升显示效果。
目前，广泛应用于各种显示的TFT技术以氢化非晶硅(a-Si:H)和低温多晶硅(LTPS)技术为主。受限于非晶硅TFT低载流子迁移率、非透明性以及多晶硅制备工艺相对较复杂、制作成本高等因素，其无法应用于平板显示周边驱动电路的元件集成，并且不能满足下一代平板显示对高清画质的要求，也不能适应OLED电流型驱动显示屏。而且a-Si薄膜是不透明的，它将占用像素中的一定面积，使有效显示面积减小，背光源的光不能全部通过像素。为了获得足够的亮度，就需要增加光源强度，从而增加功率消耗。另外，a-Si材料的能带间隙为1.7eV，在可见光范围内是光敏材料，在可见光照射下将产生额外的光生载流子，使TFT性能不稳定，因此每一像素单元TFT必须对光屏蔽，即增加不透明金属掩膜板(黑矩阵)来阻档光线对TFT的照射，这将增加TFT-LCD的工艺复杂性，提高成本，降低可靠性。因此，a-SiTFT局限于逻辑开关和低分辨率面板的应用。另一方面，低温多晶硅TFT有较高的载流子迁移率，具有反应速度快、高亮度、高清晰度等优点，可以满足下一代高清显示，适应于OLED电流型驱动显示屏，并有望实现显示矩阵和外围驱动集成于同一面板的板上系统。然而，当前的LTPS技术不能满足大屏幕显示对工艺的均匀性和一致性要求，因此其主要面向中小尺寸显示屏的应用。另外LTPS的制备工艺相对较复杂、制作成本高也制约了LTPSTFT更加广泛地应用，p-SiTFT技术同时具有工艺复杂、设备昂贵、成本高等缺点，其工艺温度对有机基板而言仍然太高，不能适应柔性显示的需求，而且LTPSTFT也不透明，严重阻碍了它在柔性显示和透明显示领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种低电压透明氧化物薄膜晶体管。
本发明的第二个目的是提供一种低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。
所述薄膜晶体管整体为底栅顶电极结构。源电极、漏电极与有源层良好欧姆接触。
本发明的低电压透明氧化物薄膜晶体管，在ITO导电玻璃上设置高介电常数的二氧化锆(ZrO2)绝缘介质薄膜层作为栅电极绝缘层，二氧化锆(ZrO2)作为栅电极绝缘层，具有高介电常数和低的漏电流，以及高达90％以上的透光率，作为绝缘层可以有效提高器件迁移率，获得较大的开态电流；在栅电极绝缘层上设置透明氧化物膜作为有源层，并在有源层上设置欧姆接触的ITO薄膜源电极、漏电极，形成上下两层金属氧化物构成的薄膜晶体管，其载流子迁移率较高，工艺温度低，透明度好；在平板显示、透明电子器件和柔性显示等领域具有广泛的应用前景；采用该低电压透明氧化物薄膜晶体管代替现有的a-SiTFT作为像素开关，大大提高了有源矩阵的开口率，从而提高了亮度，降低了功耗。
所述透明氧化物膜为掺杂氧化锌透明导电氧化物膜。优选的，所述透明氧化物膜为铟、钛或镓掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明氧化物膜中，掺杂物(铟、钛或镓)的质量百分含量为1％～5％。即所述透明氧化物膜具体为铟掺杂氧化锌(InZnO)、钛掺杂氧化锌(TiZnO)或镓掺杂氧化锌(GaZnO)膜。
所述栅电极绝缘层的厚度为200～300nm。
所述有源层的厚度为80～120nm；所述源电极、漏电极的厚度为200～300nm。
所述透明ITO(氧化锡掺杂氧化铟)膜中，氧化锡与氧化铟的质量比为10：90。
本发明的低电压透明氧化物薄膜晶体管，是采用溶胶凝胶法在ITO导电玻璃上制备栅电极绝缘层，采用磁控溅射法分别依次制备有源层和源电极、漏电极。
一种上述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法，将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层，得半成品B：
3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极，即得。
步骤1)中，所述乙酰丙酮锆溶液中，乙酰丙酮锆的浓度为0.1～0.2mol/L，所用的溶剂为乙醇与乙醇胺的混合液。
所述乙酰丙酮锆溶液中，乙醇与乙醇胺的体积比为1～2:1。
ITO导电玻璃使用前经过清洗。所述清洗是用去离子水、丙酮、乙醇依次清洗ITO导电玻璃。
步骤1)中，匀胶成膜的匀胶条件为：低速600～800r/min保持3～5s后再高速4000～4200r/min保持40～45s。
所述匀胶成膜的具体操作为：将ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液置于ITO栅电极上，打开匀胶机，在转速为600～800r/min低转速和4000～4200r/min高转速情况下分别转动匀胶3～5s和40～45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀。
步骤1)中，所述退火的温度为240～260℃，保温时间为45～50min。退火后自动降温。在制备过程中，可以根据需要重复匀胶成膜和退火的步骤，至制备出满足需求(厚度)的栅电极绝缘层。
步骤2)和3)中，磁控溅射法中，通入真空室的气体氧气与氩气的混合气体或氩气，磁控溅射的功率为80～120W。
步骤2)和3)中，所述磁控溅射法均包括下列步骤：
a)将衬底安装掩膜版后置于真空室中，将真空室抽真空至真空度为10-5Pa；
b)向真空室内通入氧气与氩气的混合气体或氩气，使真空室内压强为1～10Pa；
c)开启射频电源进行磁控溅射，磁控溅射的功率为80～120W。
所述磁控溅射法中，所用的靶材为铟掺杂氧化锌(InZnO)、钛掺杂氧化锌(TiZnO)、镓掺杂氧化锌(GaZnO)，掺杂物(铟、钛或镓)的质量百分含量为1％～5％。所述陶瓷靶材纯度不低于99.9％。磁控溅射过程中，靶材和衬底的距离在15cm。
上述制备方法中，有源层和源电极、漏电极均采用磁控溅射法；采用磁控溅射方法在薄膜制备过程中通过控制不同的氧气与氩气的流量来改善电极和有源层的材料性质，以促使有源层和电极之间形成欧姆接触。
采用磁控溅射法制备有源层时，通入真空室的气体为氧气与氩气混合气体，氧气与氩气的流量比为3～10:30；磁控溅射的功率为80～120W。
采用磁控溅射法制备源电极、漏电极时，通入真空室的气体为氩气；磁控溅射的功率为80～120W。
本发明的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，采用溶胶凝胶法在ITO导电玻璃上制备二氧化锆栅电极绝缘层，采用磁控溅射法分别依次制备掺杂ZnO有源层和ITO源电极、漏电极；该制备方法操作在室温下进行，制备温度低，条件温和，易于实现在塑料基板上制作高性能薄膜晶体管；制备工艺简单，环境友好且价格低廉，适合大规模工业化生产。
所得低电压透明氧化物薄膜晶体管，可通过栅压调整工作状态，具有较大的开态电流；关态工作区内，较薄有源层内载流子有效耗尽，器件的关态电流有效降低；拥有很小的开启电压，较大的开关比以及较小的亚阈值摆幅，具有良好的节能效果，可广泛应用于微电子和平板显示中低功率显示器件。
附图说明
图1为实施例1的低电压透明氧化物薄膜晶体管的结构示意图；
图2为实施例1的低电压透明氧化物薄膜晶体管的输出曲线示意图；
图3为实施例1的低电压透明氧化物薄膜晶体管的转移曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式中，所用的ITO导电玻璃为市售商品，其中ITO导电膜的ITO组分质量比为：In2O3∶SnO2＝90∶10，纯度为99.99％。
实施例1
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管，为底栅顶电极结构，如图1所示，自下而上依次包括：
衬底1，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层导电膜为ITO栅电极2；
栅电极绝缘层3，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极2上；
有源层4，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层3上；
源电极5、漏电极6，均为透明氧化锡掺杂氧化铟(ITO)膜，分别位于所述有源层4上。
其中，所述透明氧化物膜为铟掺杂氧化锌(InZnO)膜；所述透明氧化物膜中，铟的质量百分含量为3％；所述透明ITO(氧化锡掺杂氧化铟)膜中，氧化铟与氧化锡的质量比为90：10。
所述栅电极绝缘层的厚度为300nm；所述有源层的厚度为100nm；所述源电极、漏电极的厚度为200nm。
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1将乙醇与乙醇胺按照体积比为2:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.15mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.2将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，将所得乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，打开匀胶机，在转速为600r/min低转速和4000r/min高转速情况下分别转动匀胶5s和40s，以使获得的胶体薄膜分布均匀，后将匀胶完毕的薄膜在250℃保温45min进行退火，自动降温后，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上；使用靶材为透明InZnO，铟的质量百分含量为3％，所用InZnO靶材纯度在99.9％；
2.2向真空室通入氧气和氩气，使氧气和氩气的流量比为3:30(氧气的流量为3SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在1Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射20min后，控制功率控制在80W，磁控溅射获得InZnO薄膜厚度为100nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后并将其装入设备真空室的样品架上；所用ITO靶材纯度在99.9％；
3.2向真空室通入氩气，调节流量计使真空室压强控制在2Pa；
3.3打开射频控制电源，控制功率控制在80W，磁控溅射获得ITO薄膜厚度为200nm，即得所述低电压透明氧化物薄膜晶体管。
实施例2
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管，为底栅顶电极结构(结构同实施例1)，自下而上依次包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明氧化锡掺杂氧化铟(ITO)膜，分别位于所述有源层上。
其中，所述透明氧化物膜为钛掺杂氧化锌(TiZnO)膜；所述透明氧化物膜中，钛的质量百分含量为1％；所述透明ITO(氧化锡掺杂氧化铟)膜中，氧化铟与氧化锡的质量比为90：10。
所述栅电极绝缘层的厚度为200nm；所述有源层的厚度为120nm；所述源电极、漏电极的厚度为300nm。
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1将乙醇与乙醇胺按照体积比为2:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.10mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.2将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，将所得乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，打开匀胶机，在转速为700r/min低转速和4200r/min高转速情况下分别转动匀胶4s和45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀，后将匀胶完毕的薄膜在250℃保温45min进行退火，自动降温后，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上；使用靶材为透明TiZnO，钛的质量百分含量为1％，所用TiZnO靶材纯度在99.9％；
2.2向真空室通入氧气和氩气，使氧气和氩气的流量比为5:30(氧气的流量为5SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在4Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射20min后，控制功率控制在100W，磁控溅射获得TiZnO薄膜厚度为120nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后并将其装入设备真空室的样品架上；所用ITO靶材纯度在99.9％；
3.2向真空室通入氩气，调节流量计使真空室压强控制在4Pa；
3.3打开射频控制电源，控制功率控制在90W，磁控溅射获得ITO薄膜厚度为300nm，即得所述低电压透明氧化物薄膜晶体管。
实施例3
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管，为底栅顶电极结构(结构同实施例1)，自下而上依次包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明氧化锡掺杂氧化铟(ITO)膜，分别位于所述有源层上。
其中，所述透明氧化物膜为镓掺杂氧化锌(GaZnO)膜；所述透明氧化物膜中，镓的质量百分含量为5％；所述透明ITO(氧化锡掺杂氧化铟)膜中，氧化铟与氧化锡的质量比为90：10。
所述栅电极绝缘层的厚度为250nm；所述有源层的厚度为80nm；所述源电极、漏电极的厚度为260nm。
本实施例的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1将乙醇与乙醇胺按照体积比为2:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.20mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.2将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，将所得乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，打开匀胶机，在转速为800r/min低转速和4200r/min高转速情况下分别转动匀胶3s和43s，以使获得的胶体薄膜分布均匀，后将匀胶完毕的薄膜在250℃保温45min进行退火，自动降温后，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上；使用靶材为透明GaZnO，镓的质量百分含量为5％，所述GaZnO靶材纯度在99.9％。
2.2向真空室通入氧气和氩气，使氧气和氩气的流量比为10:30(氧气的流量为10SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在10Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射20min后，控制功率控制在120W，磁控溅射获得GaZnO薄膜厚度为80nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后并将其装入设备真空室的样品架上；所用ITO靶材纯度在99.9％；
3.2向真空室通入氩气，调节流量计使真空室压强控制在2Pa；
3.3打开射频控制电源，控制功率控制在90W，磁控溅射获得ITO薄膜厚度为260nm，即得所述低电压透明氧化物薄膜晶体管。
实验例
本实验例对实施例1所得低电压透明氧化物薄膜晶体管的性能进行检测，结果如图2、3所示。
该器件的电学测试输出曲线结果如图2所示。从图2可以看出，器件有良好的低电压饱和特性，在小于3V电压下能表现出良好的饱和输出特性。实验结果表明，本发明的一种氧化物薄膜晶体管在低电压下充分饱和，适合做一些透明低功率电子器件应用。
在源漏电压2V的条件下进行栅极电压和源漏电流电学测试，结果如图3所示。从图3可以看出，随着栅极电压的增加，该薄膜晶体管器件呈现出逐渐增大的源漏电流，当达到栅极电压为3V附近时，该器件的源漏电流的曲线趋于平缓逐渐达到饱和状态，器件的电流开关比达到105以上。说明本器件具有良好的低电压饱和特性。
Claims (10)
1.一种低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明氧化物膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明ITO膜，分别位于所述有源层上。
2.根据权利要求1所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述透明氧化物膜为铟、钛或镓掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明氧化物膜中，掺杂物的质量百分含量为1％～5％。
3.根据权利要求1或2所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述栅电极绝缘层的厚度为200～300nm。
4.根据权利要求1或2所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述有源层的厚度为80～120nm；所述源电极、漏电极的厚度为200～300nm。
5.一种如权利要求1所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法，将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层，得半成品B：
3)采用磁控溅射法在所得半成品B的有源层上制备源电极、漏电极，即得。
6.根据权利要求5所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述乙酰丙酮锆溶液中，乙酰丙酮锆的浓度为0.1～0.2mol/L，所用的溶剂为乙醇与乙醇胺的混合液。
7.根据权利要求6所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述乙酰丙酮锆溶液中，乙醇与乙醇胺的体积比为1～2:1。
8.根据权利要求5所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤1)中，匀胶成膜的匀胶条件为：低速600～800r/min保持3～5s后再高速4000～4200r/min保持40～45s。
9.根据权利要求5所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述退火的温度为240～260℃，保温时间为45～50min。
10.根据权利要求5所述的低电压透明氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤2)和3)中，磁控溅射法中，通入真空室的气体氧气与氩气的混合气体或氩气，磁控溅射的功率为80～120W。
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN106058047A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-26 | 华南师范大学 | 一种用于柔性低压驱动有机薄膜晶体管的高介电栅介质材料及其制备方法与应用 |
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| CN110798167A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-14 | 开元通信技术（厦门）有限公司 | 声波器件及其制作方法 |
| CN111162118A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-15 | 歌尔股份有限公司 | 场效应晶体管及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050199959A1 (en) * | 2004-03-12 | 2005-09-15 | Chiang Hai Q. | Semiconductor device |
| CN102391866A (zh) * | 2011-09-23 | 2012-03-28 | 中山大学 | 一种氧化锆基稀土上转化发光薄膜材料及其制备方法 |
| CN103928350A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-16 | 青岛大学 | 一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050199959A1 (en) * | 2004-03-12 | 2005-09-15 | Chiang Hai Q. | Semiconductor device |
| CN102391866A (zh) * | 2011-09-23 | 2012-03-28 | 中山大学 | 一种氧化锆基稀土上转化发光薄膜材料及其制备方法 |
| CN103928350A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-16 | 青岛大学 | 一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106058047A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-26 | 华南师范大学 | 一种用于柔性低压驱动有机薄膜晶体管的高介电栅介质材料及其制备方法与应用 |
| CN106058047B (zh) * | 2016-07-06 | 2018-10-30 | 华南师范大学 | 一种用于柔性低压驱动有机薄膜晶体管的高介电栅介质材料及其制备方法与应用 |
| CN108922966A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-30 | 信利半导体有限公司 | 一种有机薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN110047942A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-23 | 东华大学 | 一种水溶液复合氧化物薄膜晶体管及其制备和应用 |
| CN110798167A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-14 | 开元通信技术（厦门）有限公司 | 声波器件及其制作方法 |
| CN111162118A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-15 | 歌尔股份有限公司 | 场效应晶体管及其制备方法 |
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