基于蛋白质基底氧化物半导体薄膜材料生长及利用研究

Oxide semiconductor thin film and its devices based on protein substrates will find broad applications in the fields of biological information detection, biochemical analysis, implanted semiconductor devices fabrication, etc. In this project, the conventional mode of oxide semiconductor thin film growth and its devices fabrication will be altered, the advantages of multifunctions and good biocapibilities of oxide semiconductors will be taken, the related problems on the abiotic/biotic interfaces will be solved, the adhesion and the growth of oxide.semiconductors thin films on protein substrates will be regulated, and the growth of oxide semiconductor thin film materials on protein substrates will be developed. Based on the above research, the studies on application will continue in this project. This research concerns the following aspects:.1. Fabrication of oxide semiconductor film on protein substrates in low temperature and regulation of its physical properties..2. Physical and chemical processes of the oxide semiconductor/protein substrates interface and its compatibilities..3. Growth and Application of composite oxide semiconductors film.

蛋白质基底上氧化物半导体薄膜与器件在未来生物信息检测、生化分析、植入式电子系统等领域潜在的应用前景十分广阔。本项目改变以往传统氧化物半导体薄膜生长与器件制备模式，发挥氧化物半导体的多功能性及良好的生物相容性优势，修饰蛋白质基底的表面及调控界面缓冲层，探讨生物和无机材料的界面相关问题，实现半导体氧化物薄膜在蛋白质基底上的附着和可控生长，开展基于蛋白质基底的氧化物半导体薄膜材料生长以及利用等相关问题研究。研究主要包括以下几个方面：.1. 氧化物半导体薄膜材料在蛋白质表面低温成膜制备及其物性调控研究。.2. 蛋白质基底与氧化物半导体界面复杂的物理、化学过程及相容性问题研究。.3. 复合氧化物半导体薄膜材料生长及利用相关问题研究。

当今世界科技的飞速发展离不开半导体材料技术的进步，以硅为典型代表的第一代半导体材料与器件已经进入到人们生活中的方方面面，这些传统的硬质半导体材料取得巨大的成就的同时，也有着难以克服的缺点，如不可弯曲以及在自然环境中难以降解等问题。随着应用范围的不断扩大，对半导体材料与器件提出了新的要求，比如柔性以及可降解特性的需求。近年来，可降解的瞬态电子器件成为了研究热点，其主要包括可降解基底、半导体功能材料以及金属电极等，这些组成部分可以在瞬态电子产品完成指定功能后部分或者全部降解，实现了零电子废弃物的排放，是一种具有颠覆性的新兴电子技术。.本研究在蛋白质基底上开展氧化物半导体薄膜材料及器件制备工作，我们采用了溶液滴涂的方法，制备了玉米醇溶蛋白膜，研究了不同制备参数对所制备的玉米醇溶蛋白膜的影响，得到适合作为半导体材料沉积的玉米醇溶蛋白膜基底材料；采用射频磁控溅射方法研究了ZnO薄膜材料在蛋白质上的制备工艺，在蛋白质基底上制备了表面平滑、无龟裂、c轴择优取向生长的多晶ZnO薄膜材料；在蛋白质薄膜上沉积了绝缘性能较好的HfO2薄膜，为蛋白质基底上器件制备工作提供有力支持；研究了低温条件下薄膜晶体管的制备工艺，采用Al和Sn元素对所制备的ZnO薄膜进行掺杂，制备了薄膜晶体管器件，器件全部制备工艺温度不超过90℃，器件有源层及电极均无需退火，电流开关比可以达到 10的6次方数量级；采用低温制备工艺，在蛋白质基底上制备了薄膜晶体管器件，并测试了器件的电学性能。相关研究将具有重要意义，在生物医学、生物绿色电子元件、信息保密等领域具有广泛的应用前景。