ALD/MLD 工艺及应用研究
原子层沉积（Atomic layer deposition,ALD）或分子层沉积（Molecular layer deposition, MLD）的概念由俄罗斯科学院Valentin Borisovich Aleskovskii最早提出，芬兰科学家Dr.Tuomo Suntola于1974年发明了第一台ALD设备。ALD是一种可以将物质以单原子层的形式逐层沉积的薄膜制备工艺，其过程是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器，使其在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜。当前驱体达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。在前驱体脉冲之间需要用惰性气体对原子层沉积反应器进行清洗，以除去多余的前驱体和反应副产物。因此，ALD工艺具有自限制生长的特点，可精确控制薄膜的尺寸，制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性，还特别适合大规模集成电路中亚微米深槽结构中的薄膜生长。课题组在该领域的研究方向包括：新ALD反应及生长工艺、ALD High-k薄膜、ALD在大规模集成电路铜互连阻挡层中的应用、ALD金属纳米晶在Flash存储器中的应用、以及利用ALD/MLD工艺开发新型有机或有机/无机杂化薄膜等。
宽禁带氧化物半导体器件
宽禁带氧化物半导体ZnO、Ga2O3、In2O3以及InGaZnO等多元体系因具有较大的带隙，可见光透明、制备工艺温度低、电子迁移率高等优点，在平板显示、柔性电子、透明电子、功率器件等领域具有很好的应用前景。近些年，随着系统面板（SOP，system-on-panel）技术的快速发展，人们需要将多种元件（如开关元件、数字接口驱动器、非易失性存储器、动态存储器、接触式传感器、太阳能电池等）全部集成在同一个显示面板上，以获得高性能、低成本、低功耗的系统，并在汽车、计算机、消费电子、军事电子、无线通信领域和食品检测等领域具有重要的应用前景。然而，作为开关器件的薄膜晶体管（TFT）和作为数据存储的非易失性存储器是实现SOP的最核心元件，因此对二者进行研究具有重要的实际意义。本课题组主要针对非晶氧化物半导体TFT，开展高性能TFT器件的低温制备研究，以满足柔性电子的性能和工艺要求。针对非易失性存储器，开展基于氧化物半导体TFT结构的电荷陷阱型存储器研究，探究增大电擦除效率、实现多级存储的解决方案，解决制约存储器整体性能提升和高密度存储的关键问题。
片上MIM电容及固态超级电容
随着无线通讯技术的快速发展，高性能去耦和滤波电容需要植入到集成电路的铜互连末端工艺中，以获得功能强劲的射频系统。同时，所植入的电容必须具有很高的电容密度、低泄漏电流密度、理想的电压线性、精确的电容值控制、低温度系数以及高可靠性等。因此，基于金属电极和高介电常数介质的金属/绝缘体/金属（MIM）电容已成为射频、模拟/混合信号集成电路发展的必然选择。如何提高电容密度是未来无线通讯技术革新是否成功的关键因素之一。本课题组围绕高密度MIM电容的材料筛选和电容结构设计，聚焦纳米结构MIM电容的工艺开发，解决制约高性能MIM电容的材料、工艺和结构方面的难题，深入理解其潜在的作用机制。
随着无线供电传感器网络和物联网的快速发展，对高性能片上（on-chip）能量存储器件的需求不断增加，尤其是那些能够被集成到各类硅基电子器件上的能量存储器件。与锂离子电池相比，超级电容由于具有更高的功率密度和更长的循环寿命而备受关注。然而，超级电容的低能量密度一直是制约其实际应用的主要瓶颈。由于赝电容器具有比电双层电容器更高的能量密度，因此本课题组聚焦在片上全固态超级赝电容上，包括纳米结构设计与加工、电极材料筛选与制备、固态电解质材料等。
