近年来，氧化物薄膜晶体管（TFT）以其制备温度低，电子迁移率高、透光性能良好等优势在平板显示、电子纸、生物传感等领域具有巨大的潜力和应用价值，引起了广泛的关注。但是，在相关的文献报道中，氧化物薄膜晶体管所面临的一个巨大的挑战就是其工作电压偏高（>20V），这阻碍了其在低压低功耗的电子器件领域的应用。这是由于传统的晶体管器件一般采用了热氧化生长SiO₂栅介质，介电常数低导致其栅电容过小，而工作电压偏高。减低薄膜晶体管工作电压的关键在于增大栅介质电容。目前来说，最为理想的栅介质材料为固态电解液栅介质，这是因为固态电解液内部电子能够向薄膜界面移动并形成双电层电容器。双电层的理论厚度为1nm，这导致其有极高的电容。同时，氧化物薄膜晶体管面临的另一个问题就是其制备过程繁琐，需要多步沉积才能成功制备出器件，必要时还会用到复杂的光刻工艺。针对这些问题，本文的研究内容将围绕薄膜晶体管的低工作电压和新型结构展开，主要有两方面工作：一是室温制备微孔SiO₂无机固态电解液作为器件的栅介质在薄膜晶体管中应用以及固态电解液双电层效应的说明；二是采用新的工艺方法制备氧化物沟道层以及其在新型结构薄膜晶体管中的应用。相关内容如下：1、本文报道室温PECVD制备微孔SiO₂无机固态电解液栅介质。通过扫描电子显微镜分析，SiO₂栅介质的内部呈现柱状结构排列，柱与柱之间有微小的孔洞。电容频率测试结果显示，室温制备的微孔SiO₂厚度只有2μm，但是表现出非常大的单位电容（>1μF/cm²）。针对这个不正常的物理现象，本文提出了双电层效应理论来进行解释，并通过相关的实验分析表征证实了双电层效应的理论解释。微孔SiO₂无机固态电解液栅介质的制备和双电层效应理论为下一步制备新型结构薄膜晶体管器件奠定了良好的基础。2、我们采用微孔SiO₂固态电解液作为栅介质，并且利用一步掩膜法磁控溅射IZO薄膜作为器件的源漏电极和沟道层，成功制备了低压无结IZO薄膜晶体管。测试结果表明，器件的工作电压仅为2V，电流开关比大于10⁶，亚阈值斜率小于120mv/decade。实验结果发现，无结器件的沟道厚度从30nm下降到10nm，晶体管的场效应调控能力逐渐增强且器件转换了工作模式，从耗尽型转变为增强型。3、我们进一步研究发现，通过在溅射IZO薄膜的过程中调控氧气流量，制备的IZO低压无结薄膜晶体管的阈值电压会向正向漂移，使器件从耗尽型转变为增强型。相比较没有通氧制备的晶体管，通氧制备的器件保持了良好的晶体管性能、稳定性和重复性。因此，基于IZO沟道层的低压无结薄膜晶体管有望在应用在低功耗低成本电子产品领域。4、在此基础上，我们成功制备了低压侧栅无结薄膜晶体管，器件的源漏电极、沟道层和栅电极都在同一平面。实验结果表明，制备的低压侧栅薄膜晶体管器件有着良好的晶体管性能：工作电压仅为1V，亚阈值斜率为75mv/decade，电流开关比为4.1×10⁵。同时，我们发现器件的侧栅电压静电调控工作机制可以用侧栅电容串联耦合模型来分析解释。所以，在此研究基础上，本文报道的双侧栅低压无结薄膜晶体管器件采用三电容静电耦合模型来分析研究，定量的解释了双侧栅无结器件的工作机制；进一步研究发现，双侧栅无结器件的侧栅具有逻辑功能电路的输入信号端的作用，器件的源漏电流则是输出信号，构成了“与门”逻辑电路。双侧栅低压无结薄膜晶体管的实现为低功耗逻辑电子器件的设计提供了一种新思路。