Высокопроницаемые (high-k) затворные диэлектрики для перспективной гибкой и растягиваемой электроники

Недавние достижения в области гибкой и растягиваемой электроники (FSE), технологии, отходящей от традиционной жесткой кремниевой технологии, стимулировали фундаментальные научные и технологические исследования. Цель FSE — обеспечить прорывные приложения, такие как гибкие дисплеи, носимые датчики, печатаемые RFID-метки на упаковке, электроника на коже и органах, Интернет вещей, а также потенциально снизить затраты на изготовление электронных устройств. Поэтому ключевые материалы электроники — полупроводник, диэлектрик и проводник — а также пассивные слои (подложка, выравнивание, пассивация и инкапсуляция) должны обладать электрическими характеристиками и механическими свойствами, совместимыми с компонентами и продуктами FSE. В этом обзоре мы суммируем и анализируем недавние достижения в концепциях материалов и методах тонкопленочной технологии для высокопроницаемых (high-k, с высокой емкостью) затворных диэлектриков при их интеграции с совместимыми с FSE полупроводниками, такими как органические материалы, оксиды металлов, массивы квантовых точек, углеродные нанотрубки, графен и другие двумерные полупроводники. Поскольку тонкопленочные транзисторы (TFT) являются ключевыми элементами устройств FSE, мы обсуждаем структуры TFT и механизмы их работы после изложения потребностей и общих требований к затворным диэлектрикам. Также мы раскрываем преимущества high-k диэлектриков по сравнению с low-k материалами в приложениях TFT. После описания конструкции и свойств семейств high-k полимерных, неорганических, электролитных и гибридных диэлектриков мы уделяем внимание основным методологиям их осаждения в виде тонких пленок затворных диэлектриков для TFT. Кроме того, мы представляем подробное сводное описание недавнего прогресса в показателях FSE TFT на основе этих high-k диэлектриков, с основным акцентом на перспективные типы полупроводников. В заключение приводится обзор перспектив и обсуждение оставшихся проблем.