薄膜晶体管(Thin-film transistors, TFTs)是一类重要的半导体器件，在平板显示、传感器等领域具有广泛的应用价值。最近几年，宽带隙氧化物半导体由于其具有低温成膜、高电子迁移率、可见光透明等优点，在薄膜晶体管领域引起了人们广泛的研究兴趣。由于常规SiO2栅介质电容耦合较弱，当前薄膜晶体管的典型工作电压一般大于10 V，大大限制了其在便携式领域的应用。研究表明，离子液、离子凝胶（Ion Gels）具有高达10 μF/cm2的低频双电层电容。研究人员采用该类双电层栅介质制作了工作电压仅为1.0 V-2.0 V有机薄膜晶体管。 但到目前为止，该类栅介质很少用于无机氧化物半导体晶体管器件研制。
        2009年开始，宁波材料所万青课题组在纳米SiO2颗粒组成的微孔薄膜体系中观测到了巨大的双电层电容。并用该介质薄膜作为栅介质，成功研制了高性能、低压透明薄膜晶体管，其工作电压小于1.5 V。 【Appl. Phys. Lett. 95, 152114 (2009); Appl. Phys. Lett. 96, 043114 (2010).】该论文被Nature Asia Materials做了题为“transparent transistors: low power, high performance”的“Highlight”专题报道。在此基础上，课题组又成功在纸张衬底上，采用全室温工艺，成功研制了高性能纸张晶体管，并通过氧压调控技术，实现了晶体管增强型和耗尽型调控。【IEEE Trans. on Electron Devices. 57, 2258 (2010).】另外，课题组还通过简单浸泡的途径在SiO2纳米颗粒膜中引入Li、H等离子，明显增强了栅介质的双电层电容值。接着成功研制了具有垂直结构的超低压氧化物双电层薄膜晶体管。【IEEE Electron Device Letters, 31, 1263 (2010)；Appl. Phys. Lett. 97, 052104 (2010)】最近，课题组又自主开发了一种自组装工艺，仅仅采用一个掩膜版，一次磁控溅射就在双电层栅介质上沉积了ITO沟道、ITO源/漏电极，完成了晶体管制作。【IEEE Electron Device Letters. 31, 1137 (2010).】另外，课题组该还用单根SnO2纳米线作为晶体管沟道，成功研制了超低压、全透明纳米线双电层晶体管。【Journal of Materials Chemistry, 20, 8010 (2010).】   
       上述基于氧化物半导体的超低压双电层晶体管在低成本、便携式传感、显示器件领域具有广泛的应用价值。

供稿：万青 研究员