最近,有机光电课题组王华教授&中科院苏州纳米所纳米器件研究部赵建文研究员关于增强型柔性SWCNT TFT构筑超低功耗CMOS反相器的研究成果,发表在国际知名期刊《Small》上(一区TOP期刊,影响因子15.153)。
该工作将铋基材料BiI3引入ILs-c-PVP电介质,在沉积碳纳米管晶体管介电层的过程中使得底栅Ag电极表面生成超低功函的AgI超薄层,同时降低碳纳米管墨水浓度和打印次数,通过降低栅电极功函和界面态密度成功调控SWCNT TFT至0 V开启,该全溶液法增强型器件在0.5V~-1.5 V的栅极扫描电压下,展现出高开关比(~106),较小的亚阈值摆幅(70-85 mV/dec)以及良好的稳定性和10000次以上的机械柔韧性;进一步地,在原始碳纳米管晶体管沟道处选择性印刷Zr(acac)4:AMP的乙醇溶液,由于极性转换层良好的水氧隔绝和给电子能力,碳纳米管晶体管极性得以反转。
基于BiI3掺杂电介质的全溶液法增强型SWCNT CMOS器件和超低功耗柔性电子
以BiI3-ILs-c-PVP为介电层的增强型P/N型SWCNT TFT器件具有低的关态电流和泄露电流以及匹配的电学性能,因而柔性SWCNT CMOS电路具有全轨对轨电压输出特性,同时VDD为0.2 V时功耗超低仅为5.4 pW,此时反相器的单位静态功耗仅为6.75 fW/μm,这也是已报导的柔性SWCNT CMOS反相器的功耗最低值。
降低栅极功函数、减少界面陷阱电荷和使用高电容介电材料是实现增强型SWCNT TFT的关键,低电压且性能匹配的增强型CMOS器件、超低的关态电流和泄漏电流、以及较低的亚阈值摆幅是实现超低功耗CMOS反相器的主要原因。本工作对SWCNT TFT中阈值调节、极性转换等问题提供了新的思路,证明了柔性SWCNT TFT器件在超低功耗电子电路中的巨大应用潜力。
论文题目为“Fully-Solution-Processed Enhancement-Mode Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Carbon Nanotube Thin Film Transistors Based on BiI3-Doped Crosslinked Poly(4-Vinylphenol) Dielectrics for Ultralow-Power Flexible Electronics”。论文第一作者是新材料界面科学与工程教育部重点实验室博士研究生李敏,论文通讯作者为新材料界面科学与工程教育部重点实验室王华教授和中科院苏州纳米所纳米器件研究部赵建文研究员。
论文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202207311.