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基于n型和p型氧化物半导体的互补集成电路，用于平板显示器之外的应用

DOI：10.1109/TED.2018.2887270 期刊：IEEE Transactions on Electron Devices 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 氧化物半导体因其优异的电学性能、低温制备工艺、高均匀性及易于工业化生产的特点，在大面积薄膜电子器件制造领域极具吸引力。n型氧化物半导体（如InGaZnO）已高度成熟并实现商业化应用，广泛应用于平板显示器背板驱动电路。目前，开发基于氧化物半导体的低功耗电子电路仍亟需突破CMOS技术瓶颈。本文采用磁控溅射法制备的p型氧化锡和n型InGaZnO材料，成功构建了包括反相器、与非门、或非门、异或门、D锁存器、全加器以及7/11/21/51级环形振荡器（ROs）在内的多种CMOS电路。测试表明：反相器具有轨对轨输出特性，静态功耗低至8.84 nW，噪声容限高达约40%电源电压，成品率达98%，且标准偏差可忽略的高均匀性；逻辑门电路（与非/或非/异或）、D锁存器和全加器均呈现理想的输入-输出特性；环形振荡器展现出约1 μs的微小级延迟，以及大面积薄膜电子器件必需的极高均匀性与成品率。本研究为突破平板显示应用局限，构建基于全氧化物半导体的低功耗、大面积、大规模高性能透明/柔性CMOS电路提供了重要启示。
作者： Yunpeng Li，Jiawei Zhang，Jin Yang，Yvzhuo Yuan，Zhenjia Hu，Zhaojun Lin，Aimin Song，Qian Xin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发采用n型和p型氧化物半导体的CMOS技术，用于平板显示器以外的低功耗电子电路。

研究成果

基于n型IGZO和p型SnO制备的CMOS电路展现出卓越性能，包括轨到轨输出、高增益、低功耗、高均匀性及高良率。这证明了构建用于平板显示器之外应用的低功耗、大面积、高性能透明柔性电子器件的潜力。

研究不足

该研究仅限于特定的氧化物材料（IGZO和SnO）及制备工艺；若要扩展至更大面积或不同衬底，可能需要进一步优化。虽然阶段延迟已有所改善，但仍处于微秒级别，对于高速应用场景（除人机交互等新兴领域外）可能仍显不足。

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