聚偏氟乙烯〔PVDF〕及其共聚物于半导体、微行业主要用途,源于其优秀铁电性、压电性、高介电常数还有优良柔韧性、化学稳固性。其用途并非作为有源半导体材料,而是作为功能性介电层、铁电层或压电层,、半导体材料结合以生产特种器件。
1. 作为栅极介电层,用于低电压晶体管
PVDF基聚合物〔如P(VDF-TrFE)〕因其高介电常数,被大量用作有机场效应晶体管〔OFET〕、二维半导体晶体管栅极介电层,能很好降低器件工作电压。
有机、柔性晶体管:研究表明,使用PVDF-TrFE作为栅介质,并采用特殊“纹理极化”工艺,可以显著改善OFET性能,获得高开关比、迁移率。另外,PVDF也可用作柔性基板上介电层,通过、其他聚合物共混来平整界面,提升电荷传输性能。
二维半导体器件:PVDF基铁电聚合物、二维半导体〔如石墨烯〕结合,可用于生产性能很好晶体管、光电探测器。
复合介电层:将PVDF、纳米颗粒〔如CuO〕复合制成高介电常数纳米复合材料,可作为栅介质用于生产高迁移率、低工作电压薄膜晶体管。
2. 用于金属-不导电体-半导体〔MIS〕电容器
PVDF可作为制备高介电常数不导电层辅助材料。例如,通过静电纺丝PVDF基溶液并后续热处理,可于硅片上制备多孔TiO₂介电层,用于构建性能很好MIS电容器。这种方法成本低,无需真空设备,为下一代器件小型化提供了也许。
3. 于铁电存储器中用途
利用PVDF铁电特性,可以构建金属-铁电体-不导电体-半导体〔MFIS〕 结构,用于非易失性铁电场效应晶体管〔FeFET〕或存储器。铁电层极化反转可以调制半导体沟道导电状态,实现数据存储。早期研究也探索过PVDF薄膜、硒化铟〔InSe〕层状半导体形成异质结,其电学性质受PVDF极化状态调控,显示出于新型存储或频率相关器件中用途潜力。
4. 于压电/柔性传感器、半导体集成
PVDF压电特性使其作为生产柔性压力、应变传感器理想材料。这些传感器常要、信号处理电路集成。压电学〔Piezotronics〕 器件将PVDF压电材料压电势作为“栅极”信号,直接调控半导体结〔如ZnO〕载流子输运,从而制备出对压力、应变敏感智能传感器、二极管,此类器件属于第三代半导体器件很大分支。
总结
总来说,PVDF于半导体行业用途主要集中于以下几个方向:
功能介电材料:作为高介电常数或铁电栅介质,用于低功耗、柔性晶体管及存储器。
工艺辅助材料:作为前驱体或模板,辅助制备性能很好无机介电层。
智能传感材料:作为压电功能层,、半导体结合生产自供电、高灵敏传感、逻辑器件。
要注意是,PVDF这些用途多见于有机、柔性、特种传感器及新兴存储器前沿行业,而非传统硅基CMOS集成电路主流工艺。其价值于于为器件带来了可弯曲、低电压、传感、存储一体化新功能。
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