这项工作提出了溶液处理的高性能石墨烯量子点(GQDs)装饰非晶InGaZnO (α-IGZO)薄膜晶体管(TFTs)，该晶体管基于ZrO_x作为栅极电介质。与纯IGZO TFTs相比，掺杂量优化后的GQDs改性α-IGZO TFTs器件表现出更好的性能，场效应迁移率(μ_FE)为35.91 cm² V^-1 s^-1，开/关电流比(I_ON/I_OFF)为5.04 × 10⁸，亚阈值摆幅(SS)为0.11 V dec^-1，界面阱态(Dit)为1.57 × 10¹² cm^-2。此外，掺杂浓度为0.5 mg ml^-1的GQDs掺杂IGZO TFTs在偏置应力和光照应力条件下均表现出优异的稳定性。为了证明α-IGZO TFTs在逻辑电路中的潜在应用，集成了基于GQDs-IGZO/ZrO_x的电阻负载单极逆变器，具有良好的动态性能和9.3的高增益. GQDs-IGZO/ZrO_x TFTs的低频噪声(LFN)特性表明，迁移率的波动是噪声源。基于所有实验结果，可以得出结论，溶液处理的GQDs-IGZO/ZrO_x TFT在光电子学方面具有广阔的应用前景。

 
图1. (a)脱掺杂和(b) GQDs掺杂通道层的IGZO TFTs示意图。

 
图2. （a） GQDs-IGZO-0 薄膜、（b） GQDs-IGZO-1 薄膜、（c） GQDs-IGZO-2 薄膜和 （d） GQDs-IGZO-3 薄膜的 AFM 图像。
 

图3. (a)透射率，(b)带隙测定，(c)热行为，(d)不同GQDs浓度下IGZO薄膜的XRD谱图。

 
图4. (a) C1 s和(c) O 1s的XPS光谱。不同掺杂浓度GQDs-IGZO薄膜碳相关(b)和氧相关(d)组分变化的半定量分析。

 
图5. (a) GQDs-IGZO-0 TFT、(b) GQDs-IGZO-1 TFT、(c) GQDs-IGZO-2 TFT、(d) GQDs-IGZO-3 TFT输出曲线。(e) GQDs-IGZO TFTs的传输特性。(f)不同GQDs掺杂浓度下GQDs-IGZO TFTs的电参数。

 
图6. （a） GQDs-IGZO-0 TFT和（b） GQDs-IGZO-2 TFT在PBS测试下，（c） GQDs-IGZO-0 TFT和（d） GQDs-IGZO-2 TFT在NBS测试下的转移曲线变化。(e) PBS和(f) NBS测试下GQDs-IGZO TFT的偏置不稳定性机制。

 
图7. (a-c) GQDs-IGZO-0 TFT和(d-f) GQDs-IGZO-2 TFT在红、绿、蓝三种光照射下PBIS测试下的传递曲线。

 
图8. (a-c) GQDs-IGZO-0 TFT和(d-f) GQDs-IGZO-2 TFT在红、绿、蓝三种光照射下NBIS测试的传递曲线。

 
图9. 在(a)黑暗、(b)红光、(c)绿光和(d)蓝光照射下，GQDs-IGZO TFT的V_TH移位与应力时间的函数关系。

 
图10. (a) GQDs-IGZO TFT中Vo相关阱态的光致电离示意图。(b) PBIS和(c) NBIS在光照下栅电介质中固定电子的积累。

 
图11. (a)基于GQDs-IGZO-2 TFT的电阻负载逆变器。(b) GQDs-IGZO-2 TFT的VTC曲线。(c)不同外加电压下逆变器GQDs-IGZO-2 TFT的电压增益。(d)动力响应行为曲线。

 
图12. (a, b)频率函数和(c) GQDs-IGZO TFTs的不同V_GS-V_TH的归一化S_ID/I_D²。

       相关研究成果由安徽大学材料科学与工程学院Xiaofen Xu等人于2023年发表在Journal of Materials Science & Technology (https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.09.016)上。原文：Optimization of electrical performance and stability of fully solution-driven α-InGaZnO thin-film transistors by graphene quantum dots

转自《石墨烯研究》公众号