基于柔性衬底的CMOS器件研究

Flexible CMOS technology shows advangtages in fabrication of RFID,portable monitor, small scale CPU and other ICs based on its low cost , low power consumption, simple processes and large area fabrication. It will surely bring us new experience and convenience in our life. In this project, we are going to simulate the electronic structure of several types of metal oxide semiconductor, to design thin film transistor with MEDICI and TSuprem-4, and study the current transport, leakage current and transfer characteristics. We will investigate the fabrication process of amouphous metal oxide semiconductor and gate material under low temperature.The material properties will be characterized with various techniques such as TEM, XRD, and XPS. It is prospected to synthesize semiconductor thin film with high charge mobility and dielectrics with good resistance and dielectric constant. Furthermore, we will fabricate CMOS devices on a flexible substrate and characterize them. Co-related with the simulation result and device characterization processes should be modified to improve the device performance and reliability. We will implement some digital and analog ICs on flexible substrate.

基于柔性衬底的CMOS技术在不久的将来凭借其低成本、低功耗、生产简易性和可大面积生产等突出优势在智能标签、便携式显示器、小型计算芯片等应用中有着广阔的发展前景，给人们的生活带来全新的体验甚至革命性的变革.在本课题中，我们计划理论模拟各类低温生长的金属氧化物半导体的电子学结构，设计薄膜晶体管、模拟电荷传输、漏电流和转移曲线等特性。摸索在柔性衬底上（例如塑料、纸张）制作非晶态半导体以及栅极电介质薄膜的工艺条件，用各类表征手段对材料进行结构和组分测量，结合实验数据优化制作工艺，使半导体薄膜具有适当的导电性能同时又有较高的电荷迁移率，使电介质层具有理想的电阻系数和介电常数。在柔性衬底上制作CMOS器件，并对这些器件进行电学方面的表征，结合制作模拟和表征来提高器件的性能和可靠性。最后运用基于柔性衬底的CMOS器件设计和验证简单的电路。

在本课题的资助下，申请人成功完成了各项任务：共发表SCI论文26篇，均标注本课题资助，2015年在【Nature Communications】期刊发表文章；在国际会议Thin Films 2016 Singapore作邀请报告和 国际会议2016 IEEE International Nanoelectronics conference 作邀请报告。具体研究成果如下：（1）在柔性神经网络设计/验证方面取得突破进展，研制出著名的基于忆阻器的Hopfield 神经网络，并实现类人脑的单值/多值联想记忆功能，整体功耗只有200nW，为下一步实现柔性类人脑网络、类脑计算、类脑芯片打下良好基础；成功实现柔性神经网络的神经突触、双脉冲易化、遗忘、自我学习能力等功能；（2）成功试制柔性SAW器件，测试结果显示退火后器件的反射信号有显著增强，从而提高了柔性传感器的感应灵敏度；（3）成功试制柔性电子皮肤，并实现了皮肤的自我恢复功能；（4）成功试制了柔性CMOS器件，并实现与非门、或非门、加法器等电路。国际合作方面邀请了聘请国际著名的柔性器件专家新加坡南洋理工大学的Chen Tupei教授， Norththumbria University的Fu Yongqing教授、日本群马大学的Yin You教授来我国交流，并与这些教授合作发表了文章。在本课题支持下培养了博士3名：胡绍刚博士、李靖博士和徐振涛博士；培养硕士9名。