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智能化与AI应用
★ 5.0
基于氟等离子体处理双极型SnO薄膜晶体管的高增益CMOS样反相器
High-Gain CMOS-Like Inverters Based on F-Plasma-Treated Ambipolar SnO Thin-Film Transistors
| 作者 | Zening Gao · Peng Dai · Ning Wang · Yiwen Yao · Jialong Song · Jinlong Xiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年7月 |
| 技术分类 | 智能化与AI应用 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双极型TFT 退火与钝化方案 SnO TFT 氟等离子体处理 类CMOS反相器 |
语言:
中文摘要
尽管基于双极型薄膜晶体管(TFT)的类互补金属氧化物半导体(CMOS)反相器因其简化的制造工艺和高集成密度而备受关注,但实现高性能双极型TFT仍具有挑战性。在这项工作中,我们系统地研究了不同退火和钝化方案(包括无钝化退火(AWP)、钝化前退火(ABP)和钝化后退火(AAP)),以及使用二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和氧化铪(HfO₂)钝化层(PVL)对氧化锡(SnO)TFT性能的影响。其中,采用AAP - Al₂O₃工艺的器件表现出最平衡的p型和n型导电性能以及优异的负偏压应力(NBS)稳定性。此外,通过对SnO沟道进行氟(F)等离子体处理,双极特性(包括开/关电流比、亚阈值摆幅(SS)和偏压应力稳定性)得到了显著提升。最后,由两个相同的经F等离子体处理的双极型SnO TFT组成的类CMOS反相器在8 V的低电源电压下实现了高达289的电压增益。这项工作为开发适用于下一代低成本电子产品的薄膜类CMOS电路提供了一种简单有效的策略。
English Abstract
Although CMOS-like inverters based on ambipolar thin-film transistors (TFTs) have garnered significant interest due to their simplified fabrication and high integration density, achieving high-performance ambipolar TFTs remains challenging. In this work, we systematically investigate the effects of different annealing and passivation schemes—including annealing without passivation (AWP), annealing before passivation (ABP), and annealing after passivation (AAP)—using SiO2, Al2O3, and HfO2 passivation layers (PVLs) on the performance of SnO TFTs. Among them, the AAP-Al2O3 device exhibits the most balanced p-type and n-type conduction and superior negative bias stress (NBS) stability. Furthermore, the ambipolar characteristics, including the on/off current ratio, subthreshold swing (SS), and bias stress stability, were significantly enhanced by fluorine (F) plasma treatment on the SnO channel. Finally, a CMOS-like inverter composed of two identical F-plasma-treated ambipolar SnO TFTs achieved an exceptionally high voltage gain of 289 at a low supply voltage of 8 V. This work offers a simple and effective strategy for developing thin-film CMOS-like circuits suitable for the next-generation cost-effective electronics.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于氟等离子体处理的双极性SnO薄膜晶体管(TFT)技术呈现出显著的应用潜力,特别是在光伏逆变器和储能系统的控制电路优化方面。
该技术的核心价值在于通过简化的CMOS类逆变器架构实现了289倍的高电压增益,这对我们的产品线具有重要意义。在光伏逆变器的栅极驱动电路和信号调理模块中,高增益特性可以提升控制精度和响应速度,从而优化MPPT算法的执行效率。同时,8V低供电电压的工作特性与我们储能系统中的辅助电源设计理念高度契合,有助于降低系统功耗并提高整体能效。
从技术成熟度角度分析,该研究展示了良好的工艺可控性,特别是Al2O3钝化层结合退火后处理(AAP)方案显示出优异的负偏压应力稳定性,这对于光伏逆变器长期运行在高温、高湿等恶劣环境下至关重要。氟等离子体处理技术进一步改善了器件的开关比和亚阈值摆幅,这些特性直接关系到控制电路的抗干扰能力和可靠性。
然而,该技术目前仍处于实验室阶段,向工业化应用转化面临几个挑战:首先是SnO材料的大规模制备一致性和成本控制;其次是薄膜器件在高功率应用场景下的热管理和长期可靠性验证;最后是与现有硅基功率电子器件的集成兼容性问题。
建议我们的研发团队关注该技术在分布式光伏智能接线盒、储能BMS辅助电路等低功耗、高集成度应用场景的可行性,同时评估与我们现有SiC/IGBT功率器件协同工作的技术路径,为下一代高度集成化的新能源电力电子系统做好技术储备。