可扩展的薄膜晶体管制造方法实现超洁净接口-薄膜晶体管结构和原理

含有具有记录亚阈值斜率的薄膜晶体管的微芯片，采用原位原子层沉积工艺制成

密歇根大学的Becky Peterson教授领导的一个团队开发了一种可扩展的，可制造的方法，用于开发在尽可能低电压下工作的薄膜晶体管（TFT）。这对于TFT与当今用于绝大多数集成电路的硅互补金属氧化物半导体（CMOS）的集成尤为重要。

“我们本质上是在开发一种不太复杂的设备，可以在较低电压下工作，”ECE博士生Tonglin（Tanya）Newsom说，他是该论文的第一作者。“有了这种陡峭的亚阈值摆动装置，我们可以显着降低电路的能量耗散，这意味着能量损失更少。这可以帮助每个使用电子设备的人。

TFT支持现代显示器的操作，充当控制每个像素处的光的开关。在开和关状态之间高效切换可实现更低的电压操作，并产生更节能的系统。实现高效开关的关键制造挑战之一是TFT内不同材料层之间需要超干净的界面。干净的界面意味着电子可以在通道中流动，以“打开”或“关闭”像素而不会被捕获。

“我们试图开发的关键技术是半导体和栅极绝缘体之间的超清洁界面，因此开和关状态之间的切换过程将非常尖锐，”彼得森说。“我们能够根据室温下的基本物理限制，以尽可能快的速率实现开关。”

为此，Peterson的团队与机械工程教授Neil Dasgupta合作，他们与他一起开发了锌锡氧化物的原子层沉积技术，这是一种宽带隙半导体，可用于电子和能源设备，如TFT，多功能传感器和太阳能电池。Peterson的团队通过直接集成晶体管的两个不同关键部分（栅极电容器和半导体通道）的原子层沉积工艺，使这项技术更进一步。

“我们在同一工具中背靠背沉积两层，而不会破坏真空，从而获得最 佳结果，”彼得森说。“这种方法展示了一种实现最 佳TFT性能的简单方法。

Peterson的团队专注于非晶态氧化物半导体，这是一类在显示器中商业化的材料，使我们能够单独控制像素。它们对于实现低功耗操作、高像素密度屏幕、触摸屏和触觉显示器非常重要，这些显示器可为各种应用（包括可穿戴设备和 AR/VR 设备）产生触觉效果，例如振动。

“我真的希望更多的人对这种基础科学和工程感兴趣，”纽森说，“因为这项工作不仅仅是发现新的可能性 – 而是关于改进技术以帮助世界。