CN112834823A - 一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电阻测量计技术领域，特指一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计。本发明以PVA固态电解质薄膜作为栅介质，运用原子力显微镜观察PVA栅介质表面形态，其表面平整连续，无细微裂痕，有利于获得良好的器件性能。在电路中被测电阻串联前后，通过调节栅电压，维持电路中的电流保持不变，则沟道前后阻值差的绝对值即为被测电阻的阻值。与传统的伏伏法测电阻的方法相比，由于栅电压可以连续的改变，从而使沟道的电阻可以连续变化，使用氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计测量大电阻时，可以提高被测阻值的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电阻测量计技术领域，特指一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计。
背景技术
电阻测量计属于电子器件的一种，利用氧化物薄膜晶体管的输出特性曲线在较低电压下呈现出的良好的欧姆特性，将被测电阻与电阻测量计串联形成闭合电路，利用伏伏法测电阻。传统的等效替代法测电阻中，由于电阻箱并非连续的阻值，因此，不能测量连续阻值的变化。近年来，关于氧化物薄膜晶体管的研究不断深入，此电子器件的应用也在不断地拓展，逐渐引起广泛的关注。在氧化物薄膜晶体管电子器件中，通过改变栅极电压，可以实现沟道阻值的连续变化，相当于阻值可以连续变化的电阻箱。氧化物薄膜晶体管式的电阻器件具备优异的灵活性、低成本以及大面积制造的潜力，而且它还具有信息传导和电流放大的功能。在理论上，与传统的使用一个电压表采用伏伏法测电阻时相比，氧化物薄膜晶体管电子器件在采用伏伏法测大电阻时，可以得到较高精度的阻值。
采用氧化物薄膜晶体管利用伏伏法原理测电阻，首先将被测电阻与晶体管串联，此时的电流为I0，沟道的电阻为R1。将被测电阻取下，将两个电极笔直接相连，使晶体管形成闭合回路，此时源漏电压Uds不变，调节栅极电压，使电路的电流为I0，此时沟道的阻值为R2。因此，被测电阻的阻值为R0＝R2-R1。其中可以适当的增加栅极电压，使电路电流增大，可以提高测量的精度。为了更好地相对精确地测量相关数据，可以改变栅介质材料的种类。
本发明专利提供一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计：提出PVA固体电解质为栅介质的氧化物薄膜晶体管。氧化物薄膜晶体管电子器件采用伏伏法测电阻的原理，可以得到较高精度的阻值，因此具有重要意义。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计。
1.PVA固态电解质薄膜的制备
(1)将一定量的PVA颗粒放置于去离子水中充分溶胀；
(2)将溶胀后的PVA溶液置于恒温磁力搅拌机上，期间持续加热至100℃，并保持温度搅拌2h，获得均匀的透明PVA溶液；
(3)将透明PVA溶液在室温下进行冷却静置；
(4)12小时后，利用胶头滴管取PVA透明溶液滴涂在ITO透明玻璃片有ITO涂层的表面上；
(5)将涂布好的基片放入恒温通风烘箱中进行干燥，以获得均匀的PVA基生物聚合物电解质膜。
2.PVA固态电解质的氧化薄膜晶体管的制备。在氩气环境中，利用定制镍合金金属掩膜板，将ITO源电极、漏电极和沟道溅射到PVA薄膜上，磁控溅射过程中，由于边缘绕射效应，可在源电极与漏电极之间获得一个自组装薄膜ITO沟道。
本发明解决的关键的问题所用的技术方案为：一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计。如附图1所示，其特征在于包括上层的源电极、漏电极和沟道，中间的PVA固态电解质薄膜以及下层的涂有ITO涂层的透明玻璃。将作为栅极的ITO涂层与源电极之间通电，通过双电层效应，在沟道表面诱导出电子，不同的栅电压(-0.2～1.8V)可以诱导出不同数量的电子，从而改变沟道的导电率，即改变沟道的电阻。
本发明以PVA固态电解质薄膜作为栅介质，运用原子力显微镜观察PVA栅介质表面形态，其表面平整连续，无细微裂痕，有利于获得良好的器件性能。在电路中被测电阻串联前后，通过调节栅电压，维持电路中的电流保持不变，则沟道前后阻值差的绝对值即为被测电阻的阻值。
与传统的等效替代法测电阻的方法相比，本发明在提高阻值精确度方面有如下优势：
本发明开发了一种氧化物薄膜晶体管式的阻值测测量计，由于栅电压可以连续的改变，从而使沟道的电阻可以连续变化。
测量原理：被测电阻串联在电路中形成闭合回路时，电源电压E恒定，被测电阻的阻值为R0，电压表的示数为源漏电压Uds，此时电路的源漏电流I0可由晶体管的输出特性曲线确定，即栅压与源漏电压可唯一确定源漏电流，由式
可确定沟道的电阻R1。由式
即可确定被测电阻R0的值(其中
)。
附图说明
图1为本发明一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计示意图。
具体实施方式
本发明一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计制备方法包括如下步骤：
1.清洗一片涂有ITO涂层的ITO导电透明玻璃；
2.在涂有ITO涂层一侧的ITO透明玻璃上制备一层作为栅介质的PVA固态电解质薄膜；
3.采用磁控溅射法在PVA栅介质上制备源电极、漏电极和沟道；
4.采用焊接法将电极笔分别与源电极、漏电极相接。
实施实例1
一、准备工作
1.利用去离子水，清洗烧杯；
2.利用酒精通过超声波清洗ITO玻璃片，清洗时间为10min，反复进行三次清洗；
3.取出清洗好的ITO玻璃片，用前述去离子水冲洗，并进行超声波清洗，清洗时间为10min，反复进行三次清洗；
4.取出洗净的玻璃片，用氮气枪去除玻璃表面多余水渍；
5.最后利用电表测试，判断玻璃带有ITO涂层的一面，并做好标记；
6.利用丙酮清洗硅片，清洗时间为10min，同样进行三次清洗，接着用去离子水冲洗，并利用超声波清洗，清洗时间为10min，共进行三次清洗；
7.同样利用氮气枪吹干硅片表面。
二、滴涂法制备PVA固态电解质薄膜
1.室温下，称量4wt％的PVA颗粒，将其置于96wt％的去离子水中充分溶胀30min；
2.将溶胀后的PVA溶液置于恒温磁力搅拌机上，期间持续搅拌并加热至100℃，保持温度搅拌2h，以获得均匀的透明PVA溶液；
3.将所得透明PVA溶液在室温下进行冷却静置；
4.12小时后，利用胶头滴管取适量PVA透明溶液滴涂在商用ITO透明玻璃片有ITO涂层的表面上；
5.将涂布好的基片放入恒温通风烘箱中进行干燥，以获得均匀的PVA基生物聚合物电解质膜，电解质膜的厚度为21μm。
三、采用磁控溅射法制备基于PVA固态电解质的氧化物薄膜晶体管
在纯氩气(Ar)环境中，利用定制镍合金金属掩膜版，将ITO源电极和漏电极同时溅射到PVA薄膜上。所采用的镍金属掩膜版图案尺寸：长150μm，宽1mm，相邻图案间隔80μm。所采用的靶材为ITO陶瓷靶(In2O3/SnO2＝90:10wt％)。磁控溅射过程中，射频功率，腔室压力和Ar流量分别设置为100W，0.5Pa和14sccm。由于边缘绕射效应，可在源电极和漏电极之间获得一个自组装薄膜ITO沟道。
四、将两只电极笔分别焊接在源电极、漏电极上。
实施例实例：
1、晶体管的电源电压E设定为0.8V，栅极电压UG设定为1.2V，将两个电极笔分别与被测电阻的两端相接形成闭合回路，此时电压表的示数Uds为0.4V，此时可在晶体管的输出特性曲线的线性区查得电流为I0＝2.46726﹡10-6A(栅极电压与源漏电压可共同确定源漏电流)，由式(1)可确定此时沟道电阻的阻值为R1＝1.62123×105Ω。
2、由式(2)即可确定被测电阻的阻值为R0＝3.24246×105Ω。
Claims (6)
1.一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，所述电阻测量计包括上层的源电极、漏电极和沟道，中间的PVA固态电解质薄膜以及下层的涂有ITO涂层的透明玻璃，将作为栅极的ITO涂层与源电极之间通电，通过双电层效应，在沟道表面诱导出电子，不同的栅电压可以诱导出不同数量的电子，从而改变沟道的导电率，即改变沟道的电阻。
2.如权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，不同的栅电压指-0.2～1.8V。
3.如权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，在电路中被测电阻串联前后，通过调节栅电压，维持电路中的电流保持不变，则沟道前后阻值差的绝对值即为被测电阻的阻值。
4.如权利要求3所述的一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，被测电阻串联在电路中形成闭合回路时，电源电压E恒定，被测电阻的阻值为R0，电压表的示数为源漏电压Uds，此时电路的源漏电流I0可由晶体管的输出特性曲线确定，即栅压与源漏电压可唯一确定源漏电流，由式
可确定沟道的电阻R1；由式
即可确定被测电阻R0的值。
5.如权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，所述PVA固态电解质薄膜的制备方法如下：
(1)将PVA颗粒放置于去离子水中充分溶胀；
(2)将溶胀后的PVA溶液置于恒温磁力搅拌机上，期间持续加热至100℃，并保持温度搅拌2h，获得均匀的透明PVA溶液；
(3)将透明PVA溶液在室温下进行冷却静置；
(4)12小时后，利用胶头滴管取PVA透明溶液滴涂在ITO透明玻璃片有ITO涂层的表面上；
(5)将涂布好的基片放入恒温通风烘箱中进行干燥，以获得均匀的PVA基生物聚合物电解质膜。
6.如权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管式的电阻测量计，其特征在于，在氩气环境中，利用定制镍合金金属掩膜板，将ITO源电极、漏电极和沟道溅射到PVA固态电解质薄膜上，磁控溅射过程中，由于边缘绕射效应，可在源电极与漏电极之间获得一个自组装薄膜ITO沟道，从而构成氧化薄膜晶体管。
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