CN115440888A - 一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，其从下到上依次结柔性衬底、栅极、栅介质、金属与电介质混合薄膜源极、半导体活性层和漏极；所述金属与电介质混合薄膜采用真空共蒸发、真空共溅射、溶液旋涂、溶胶凝胶方面制备；所述金属与电介质混合薄膜的导电性能和介电性能通过改变混合薄膜中金属与电介质的重量比来调节。本发明具有制备工艺简单、易于通过改变混合薄膜中金属与电介质重量混合比提高器件性能等优点，比较适合大规模生产。

Description

一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效 应管

【技术领域】

本发明涉及光电子器件的制备领域，具体涉及一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管。

【背景技术】

与水平沟道光电晶体管相比，近年来热门的垂直结构光电晶体管表现出了更好地光电性能，这是由于其超短的沟道长度，使得光生空穴转移距离变短，激子解离电场更强，从而使垂直结构的器件具有更高的响应度和良好的比探测率，以及快速的光响应时间。因此垂直沟道光电晶体管已经成为有机电子器件的研究热门之一。其中垂直沟道有机光电晶体管源极的设计和制造工艺是现阶段研究关键之一，为了实现器件低成本、高性能，目前已有多种制备方法。其中一种为结构膜层制备，此方法首先旋涂制备的溶液，之后对膜层进行光刻，提供了一种将电子功能层嵌入基板的有效方法，但在这种器件中，通常会出现在高负栅偏压下的介电击穿，因此，该方法制备的器件更适合于正栅极偏置。另外一种为基于石墨烯的制备方法，该方法通过将化学气相沉积生长的石墨烯转移到经过化学清洗的衬底表面，制备石墨烯源电极，之后将功能材料旋涂到石墨烯表面形成光敏沟道层，之后通过热蒸发制备其他膜层从而制成器件，该方法借助了石墨烯独特的结构优势，但将该器件放入大规模的底层集成电路中且不损失性能的技术仍不成熟。还有一种为银纳米线和金/银纳米线制备方法，银纳米线方法将作为透明源电极的银纳米线旋涂于衬底，之后热蒸发电极与纳米线连接，最后将有源层旋涂至衬底。而金/银纳米线方法则需要自组装和制备溶液获得纳米线，其他步骤与银纳米线相似，通过纳米线制备的方法可以缩小器件的关键尺寸，但由于纳米线需自制备，导致在集成量化生产方便有所困难。最后一种为激光刻蚀法，这种方法通过对源极进行激光刻蚀，形成图案化膜层，增强器件性能，但由于需要操作台和激光器，对制备条件有一定的要求。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种以金属与电介质混合薄膜为源极的垂直沟道场效应管及其制备方法，解决目前垂直沟道场效应管存在的制备工艺复杂或重复性不好等缺陷。

本发明的目的是这样实现的：一种利用金属与电介质混合薄膜制备源极的垂直沟道场效应管，包括从下到上依次设置的衬底、栅极、栅介质层、金属与电介质混合薄膜源极、半导体活性层和漏极；所述半导体活性层，其特征在于其为无机半导体、有机半导体、钙钛矿半导体和二维半导体薄膜；所述金属与电介质混合薄膜源极，其特征在于它由金属纳米颗粒与电介质纳米颗粒组成，其导电性能和介电性能可以通过金属与电介质重量混合比调节，其制备方法包括真空热共蒸发、共溅射、溶胶凝胶和溶液旋涂。

作为本发明的进一步限定，所述栅介质层厚度为100～2000nm。

作为本发明的进一步限定，所述柔性半导体活性层厚度为10～1000nm。

一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干；

步骤2：在衬底表面制备所述栅极；

步骤3：在所述栅电极的表面上制备栅介质层；

步骤4：在栅介质层上制备金属与电介质混合薄膜源极；

步骤5：在金属与电介质混合薄膜源极上制备柔性半导体活性层；

步骤7：在半导体活性层上制备漏极。

作为本发明的进一步限定，在所述步骤3中，所述栅介质层通过真空溅射、真空热蒸发、溶液旋涂、溶胶凝胶、压印和喷涂中的一种方法制备。

作为本发明的进一步限定，在所述步骤2和步骤7中，所述栅极和漏极通过真空热蒸镀、磁控溅射或旋涂中的一种方法制备。

【附图说明】

图1为本发明基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管器件结构示意图。

图2为本发明所展示的器件中源极结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明权利要求保护的范围，实施例中所涉及的各种材料、试剂，均可通过商业途径购买得到。

实施例1：

如图1所示的柔性垂直沟道场效应管结构，各层的材料和厚度为：柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，2000nm；栅极为ITO，100nm；源极为金纳米颗粒与LiF纳米颗料的混合薄膜，100nm；半导体活性薄膜为酞菁铜，100nm；漏极为Al薄膜，100nm。用该结构可实现高性能柔性垂直沟道场效应管。

制备上述柔性垂直沟道场效应管的步骤如下：

1.利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干；

2.在衬底表面制备ITO栅电极；

3.在所述栅电极上面用溶液法制备聚乙烯醇(PVA)电介质层；

4.在聚乙烯醇(PVA)电介质层的表面上用真空共热蒸发方法制备100nm金颗粒与LiF颗料的混合薄膜；

6.在所述金属电介质混合薄膜源极上用真空热蒸发方法制备100nm的酞菁铜柔性半导体活性层；

7.在柔性半导体活性层上用真空热蒸发方法制备100nm的铝薄膜漏极。

Claims (5)

1.一种基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，从下到上由柔性衬底、栅极、栅介质、金属与电介质混合薄膜源极、半导体活性层和漏极组成，其特征在于所述衬底为刚性或柔性；所述栅极和漏极为导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，其特征在于半导体活性层为柔性无机半导体、有机半导体、柔性钙钛矿半导体和二维半导体。

3.根据权利要求1所述的基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，其特征在于金属与电介质混合薄膜由金属纳米颗粒与电介质纳米颗粒组成。

4.根据权利要求1所述的基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，其特征在于金属与电介质混合薄膜由真空热共蒸发、共溅射和溶液旋涂方法制备。

5.根据权利要求1所述的基于金属与电介质混合薄膜源极的柔性垂直沟道场效应管，其特征在于金属与电介质混合薄膜的导电性能和介电性能可以通过金属与电介质重量混合比调节。

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