Desenvolvimento de transistores verticais de efeito de campo impressos - Nogueira, Gabriel Leonardo (2022)
Atualmente, os transistores com gate eletrolítico (EGTs) e transistores de efeito de campo com arquitetura vertical e barreira Schottky (SB-VFETs) são alternativas promissoras aos transistores convencionais, principalmente visando o desenvolvimento de uma eletrônica impressa. Em particular, camadas ativas baseadas no uso de óxidos metálicos semicondutores como o óxido de zinco (ZnO) se destaca devido à alta mobilidade e transparência aliadas a uma compatibilidade com processamento por solução. Embora o número de publicações nesses tópicos venha aumentando significativamente, um transistor de arquitetura vertical que contenha gate eletrolítico e camada ativa de óxido semicondutor não foi reportado até o momento. Neste estudo, propomos uma rota com baixo-custo de implementação baseada em um transistor eletrolítico vertical (EG-SB-VFET) com camada semicondutora de ZnO depositada por spray. Desta forma, alcançamos um desempenho notável para um transistor com baixa voltagem de operação devido ao caráter eletrolítico, aliada à arquitetura vertical que contorna a necessidade de microfabricação de alta resolução. Tal objetivo demandou diferentes etapas, nas quais foram estudados diferentes materiais e desenvolvidos três dispositivos elementares: diodo Schottky, EGT e o EG-SB-VFET. A avaliação dos diodos Schottky baseou-se no pós-processamento de dados experimentais de corrente-voltagem por meio da aplicação de métodos analíticos complementares (Mikhelashvili, Werner e Cheung). Destacam-se valores de resistência em série de ~200 Ω e altura de barreira de ~0,75 eV para a junção ZnO/AgNW. O desempenho do EGT padrão de ZnO depositado por spray pirólise foi usado como referência para os transistores verticais. Os principais parâmetros calculados foram mobilidade de efeito de campo de ~11 cm2 V-1 s-1, transcondutância de ~2,46 mS e subthreshold swing de ~0,13 V dec-1. Quanto aos EG-SB-VFET, foram calculadas as principais figuras-de-mérito a partir da curva de transferência, que incluem densidade de corrente de ~111 mA cm-2, transcondutância de ~4,7 mS e subthreshold swing de ~0,22 V dec-1. Em relação à modulação da corrente nas curvas de saída, verificou-se que dependendo da forma com que os eletrodos são polarizados, o mesmo dispositivo pode-se comportar de forma similar a um diodo ou a um transistor. Conclui-se que o desempenho reportado dos EG-SB-VFETs é atrativo, pois sem a necessidade de eletrodos de fonte e dreno coplanares de alta resolução atingem-se valores semelhantes ao EGT padrão. Assim, a arquitetura EG-SB-VFET baseada em ZnO e AgNW é uma forma inovadora de contornar os principais desafios dos TFTs convencionais.