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近年来柔性电子发展迅速，在可穿戴设备、柔性显示器、射频电子标签(RFID)、电子皮肤、先进能源等领域显示出了巨大的应用潜力。柔性电子是基于柔性基底(如塑料、纸张、柔性玻璃等)的新兴电子技术，这种颠覆性的技术将彻底改变我们的日常生活。与传统非晶硅、多晶硅和有机物半导体相比，氧化物半导体具有载流子迁移率高(～1-100cm2/Vs)、沉积温度低(因此可沉积在柔性衬底)、工艺成本低(如溅射、印刷等)、可见光区透明性好、可大面积均匀制造等优点，是柔性电子的理想材料之一。
实际制备中，氧化物半导体通常需要热退火来提升薄膜质量、优化电学接触、调节沟道导电性等，退火温度通常在100℃甚至更高，此外，器件制备过程中的光刻等图形化工艺通常也需要进行热烘，柔性衬底较低的耐受温度，大热膨胀系数和较大的表面粗糙度等负面因素在很大程度上限制了氧化物半导体在柔性电子领域的实际应用。
基于以上问题，本论文工作采用一种新型在刚性衬底制备器件，之后剥离、转移至柔性聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)基底的方法，成功制备了基于氧化物半导体的高性能柔性n型InGaZnO(IGZO)薄膜晶体管(thin-film transistors，TFT)、p型SnOTFTs及互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的制备。上述柔性TFTs和CMOS电路可很好地耐受机械弯曲性能，且该柔性CMOS电路的电学性能在同类型柔性电路中达到最优。以上实验结果说明该方法非常利于制备基于氧化物半导体的高性能柔性电子电路。
本论文的主要研究内容如下:
(1)柔性互补型氧化物TFTs的制备。在覆有热氧化SiO2的Si衬底先引入可剥离金属镍Ni界面层，在其上基于氧化物半导体的常规制备工艺(含退火、热烘等工艺步骤，最高工艺温度225℃)制备n型IGZOTFTs及p型SnOTFTs，其后将器件覆盖有机保护层(同为支撑层)后置于水中，利用Ni与SiO2在水中反应生成镍硅酸盐，可显著降低Ni/SiO2的界面黏附能，再通过机械剥离该界面，将器件转移至柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底。该方法与常规半导体工艺(热退火，光刻，真空镀膜等)等有良好的兼容性，器件制备也不受柔性衬底材料特性(如低玻璃化转变温度、大的热膨胀系数、高粗糙度等)的影响。
(2)柔性互补型氧化物TFTs的性能研究。在未弯曲的flat态时，上述制备的柔性互补型TFTs性能优异，IGZOTFTs与SnOTFTs的电子/空穴迁移率μe/μh、开关比ION/IOFF、阈值电压VTH、亚阈值摆幅SS分别为10.441cm2/Vs和0.433cm2/Vs,1.016×106和2.032×104,5.645V和-4.589V,0.427V/decade和2.137V/decade。对上述柔性TFTs在不同拉伸应变下对器件性能影响的研究表明:当应变ε从0.33％增大到1.25％的过程中，上述柔性TFTs的μe、μh、VTH、SS没有显著变化，依旧优异，说明在上述应变范围内，该系列柔性TFTs的电学性能具有良好的耐弯曲应力特性。
(3)柔性CMOS反相器的设计制备与性能研究。基于上述结果，本论文进而设计并制备了基于n型IGZO和p型SnO的柔性CMOS反相器。当SnOTFT和IGZOTFT的沟道宽长比的比值N=5，VDD=10V时，处于flat态的CMOS反相器性能出色，最大电压增益|Gain|达到了122.6V/V(已报道氧化物柔性CMOS反相器的最高增益值)，门限电压Vtr=4.83V，低电平噪声容限NML和高电平噪声容限NMH分别达到了VDD的43.6％和48.6％。对上述反相器在VDD=10V时进行拉伸应变测试的研究表明，随拉伸应变ε从0.50％增大至1.25％，柔性CMOS反相器的|Gain|、Vtr、NML和NMH等关键参数变化不显著，在应变ε高达1.25％时，|Gain|仍保持在100V/V以上，Vtr=4.67V，NML和NMH分别达到了VDD的41.3％和49.9％，这在已报道的基于互补氧化物半导体的柔性CMOS反相器中，性能达到最优。
(4)柔性CMOS逻辑门电路的设计制备与性能研究。本工作进一步设计并制备了基于n型IGZO的p型SnO的柔性与非门和柔性或非门，利用直流测试系统和示波器测试flat态下和应变ε为0.50％时输入VA、VB和输出VOUT之间的逻辑正确性。最终，flat态和应变ε为0.50％时输入VA、VB和输出VOUT之间的逻辑都正确，表明该方法制备的柔性CMOS电路具有很好的应用潜力。
实际制备中，氧化物半导体通常需要热退火来提升薄膜质量、优化电学接触、调节沟道导电性等，退火温度通常在100℃甚至更高，此外，器件制备过程中的光刻等图形化工艺通常也需要进行热烘，柔性衬底较低的耐受温度，大热膨胀系数和较大的表面粗糙度等负面因素在很大程度上限制了氧化物半导体在柔性电子领域的实际应用。
基于以上问题，本论文工作采用一种新型在刚性衬底制备器件，之后剥离、转移至柔性聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)基底的方法，成功制备了基于氧化物半导体的高性能柔性n型InGaZnO(IGZO)薄膜晶体管(thin-film transistors，TFT)、p型SnOTFTs及互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的制备。上述柔性TFTs和CMOS电路可很好地耐受机械弯曲性能，且该柔性CMOS电路的电学性能在同类型柔性电路中达到最优。以上实验结果说明该方法非常利于制备基于氧化物半导体的高性能柔性电子电路。
本论文的主要研究内容如下:
(1)柔性互补型氧化物TFTs的制备。在覆有热氧化SiO2的Si衬底先引入可剥离金属镍Ni界面层，在其上基于氧化物半导体的常规制备工艺(含退火、热烘等工艺步骤，最高工艺温度225℃)制备n型IGZOTFTs及p型SnOTFTs，其后将器件覆盖有机保护层(同为支撑层)后置于水中，利用Ni与SiO2在水中反应生成镍硅酸盐，可显著降低Ni/SiO2的界面黏附能，再通过机械剥离该界面，将器件转移至柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底。该方法与常规半导体工艺(热退火，光刻，真空镀膜等)等有良好的兼容性，器件制备也不受柔性衬底材料特性(如低玻璃化转变温度、大的热膨胀系数、高粗糙度等)的影响。
(2)柔性互补型氧化物TFTs的性能研究。在未弯曲的flat态时，上述制备的柔性互补型TFTs性能优异，IGZOTFTs与SnOTFTs的电子/空穴迁移率μe/μh、开关比ION/IOFF、阈值电压VTH、亚阈值摆幅SS分别为10.441cm2/Vs和0.433cm2/Vs,1.016×106和2.032×104,5.645V和-4.589V,0.427V/decade和2.137V/decade。对上述柔性TFTs在不同拉伸应变下对器件性能影响的研究表明:当应变ε从0.33％增大到1.25％的过程中，上述柔性TFTs的μe、μh、VTH、SS没有显著变化，依旧优异，说明在上述应变范围内，该系列柔性TFTs的电学性能具有良好的耐弯曲应力特性。
(3)柔性CMOS反相器的设计制备与性能研究。基于上述结果，本论文进而设计并制备了基于n型IGZO和p型SnO的柔性CMOS反相器。当SnOTFT和IGZOTFT的沟道宽长比的比值N=5，VDD=10V时，处于flat态的CMOS反相器性能出色，最大电压增益|Gain|达到了122.6V/V(已报道氧化物柔性CMOS反相器的最高增益值)，门限电压Vtr=4.83V，低电平噪声容限NML和高电平噪声容限NMH分别达到了VDD的43.6％和48.6％。对上述反相器在VDD=10V时进行拉伸应变测试的研究表明，随拉伸应变ε从0.50％增大至1.25％，柔性CMOS反相器的|Gain|、Vtr、NML和NMH等关键参数变化不显著，在应变ε高达1.25％时，|Gain|仍保持在100V/V以上，Vtr=4.67V，NML和NMH分别达到了VDD的41.3％和49.9％，这在已报道的基于互补氧化物半导体的柔性CMOS反相器中，性能达到最优。
(4)柔性CMOS逻辑门电路的设计制备与性能研究。本工作进一步设计并制备了基于n型IGZO的p型SnO的柔性与非门和柔性或非门，利用直流测试系统和示波器测试flat态下和应变ε为0.50％时输入VA、VB和输出VOUT之间的逻辑正确性。最终，flat态和应变ε为0.50％时输入VA、VB和输出VOUT之间的逻辑都正确，表明该方法制备的柔性CMOS电路具有很好的应用潜力。