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圆柱表面曲率对薄膜晶体管静电特性的几何影响

DOI：10.1088/2058-8585/aaf2bf 期刊：Flexible and Printed Electronics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 基于柔性衬底的薄膜晶体管（TFT）集成电路为人体交互系统提供了创新解决方案。研究人员已在纺织物、纸张、人工褶皱衬底及纤维等纹理表面制备了TFT器件，这会导致金属-绝缘体-半导体（MIS）堆叠结构从平面几何形态发生显著形变形成高曲率结构。虽然直接在纹理表面沉积不会产生机械应力（与弯曲、屈曲或起皱过程产生的应力不同），但高曲率几何形态会影响TFT特性。本文提出描述高曲率对TFT电学性能影响的解析模型，该模型通过极坐标系下泊松-玻尔兹曼方程求解获得，适用于半导体-绝缘体界面曲率半径rsi与绝缘层厚度ti比值在2至50范围（零高斯曲率）的圆柱面结构，并采用非晶铟镓锌氧化物（a-GIZO）进行技术计算机辅助设计（TCAD）仿真验证。研究表明：当半导体-绝缘体界面呈凸面弯曲（法向量指向栅极）时，其自由载流子浓度较平面TFT增加50%（rsi/ti=2）至8.5%（rsi/ti=15）；而凹面弯曲时则相应降低。因此曲率可调节TFT跨导特性。模型显示当rsi/ti>25时曲率影响可忽略（<4%变化）。研究还探讨了将结果推广至周期性圆柱面及其他半导体材料的技术方法及实验验证，为理解纹理衬底TFT器件的行为特性建立了分析基础。
作者： Prasenjit Bhattacharya，Aswathi Nair，Sanjiv Sambandan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究高曲率对柔性衬底上薄膜晶体管（TFTs）电学性能的影响。

研究成果

该研究提出了一个闭合形式的解析模型，描述了高曲率对MIS堆叠静电特性及薄膜晶体管性能的几何影响。研究发现，与平面结构相比，凸曲率会产生更大电流，而凹曲率则产生更小电流。当rsi/ti=2时，电流变化幅度接近50%，当rsi/ti=15时迅速降至8.5%。对于rsi/ti>25的情况，几何影响显著，这对开发于纸张、纺织品等纹理材料上的薄膜晶体管具有重要意义。

研究不足

模型仅限于高斯曲率为零的圆柱形表面，其中半导体-绝缘体界面的曲率半径与绝缘体厚度的比值范围为rsi/ti = 2至rsi/ti = 50。当rsi/ti > 25时，曲率的影响可忽略不计（变化幅度<4%）。

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