基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底（1）、Au栅电极（3）、HfO

Back grid black phosphorus field effect transistor based on PET flexible substrate and preparation method thereof

The invention discloses a back grid black phosphorus field effect transistor based on a flexible substrate of PET, which is characterized in that a PET flexible substrate (1), a Au gate electrode (3), and a HfO are sequentially arranged

【技术实现步骤摘要】
基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法
本专利技术涉及一种晶体管领域，特别是一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法。
技术介绍
黑磷自被发现以来，以其优异的性能引起了研究者们的极大关注。尤其是高迁移率的特点使其成为射频器件的关键材料。众所周知，当二维黑磷材料厚度小于7.5nm时，其漏电流调制幅度为105量级，I-V特征曲线展现出良好的电流饱和效应。晶体管电荷载流子迁移率还呈现出厚度依赖性，当二维黑磷厚度10nm时，获得最高的迁移率~1,000cm2V-1s-1，由此表明二维黑磷场效应晶体管具有极高的应用潜力，而常规的场效应晶体管大部分是基于硬质材料如单晶硅等，也有部分采用柔性效应晶体管的，但是存在步骤复杂，成本较高，难以实现柔性化电子器件的大批量、低成本的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法。本专利技术不仅保证具有良好的输出特性的性能，而且工艺易于控制，成本低。本专利技术的技术方案：基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底、Au栅电极、HfO2绝缘层和黑磷薄片；黑磷薄片上设有Au漏电极和Au源电极，所述PET柔性衬底与Au栅电极之间设有PDMS层，Au栅电极与HfO2绝缘层之间设有TiO2缓冲层。前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述PDMS层的厚度为1-2μm。前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述Au栅电极的厚度为95-105nm。前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述TiO2缓冲层的厚度为1-2nm。前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述HfO2绝缘层的厚度为28-32nm。前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：A、用超声清洗PET柔性衬底上表面，在其上表面旋涂一层PDMS并加热以获得光滑表面；B、用电子束蒸镀仪在光滑表面上蒸镀一层Au形成Au栅电极；C、在Au栅电极上表面通过电子束蒸镀仪蒸镀一层Ti，然后放入烘干机通入O2加热氧化以获得TiO2缓冲层；D、在TiO2缓冲层上表面通过采用原子层沉积方法获得一层HfO2绝缘层；E、通过机械剥离法获得黑磷薄片作为晶体管的半导体层，并转移到HfO2绝缘层上表面上；F、在黑磷薄片上打印两个Au电极作为Au源电极、Au漏电极。与现有技术相比，本专利技术通过将黑鳞和PET柔性衬底这两种极具潜力的材料相结合，通过多种原料层的配合，综合体现出材料各自的优点并相互弥补不足。本专利技术具有良好的输出特性等性能，制备方法效率高，能避免蒸镀金属对二维材料的损伤，易于控制，工艺成熟，重复性好，且成本低，能实现大批量生产。本专利技术的PET柔性衬底可用于柔性可穿戴设备上，因为PET衬底表面不平无法直接蒸镀Au做删电极，所以要旋涂一层PDMS，它有两个作用：1、作为过渡层获得平整的光滑表面；2、可以当粘附剂使Au与材料紧密贴合。由于Au栅电极密度大，不能直接在其上表面蒸镀HfO2，所以需要先在Au栅电极上表面蒸镀一层密度较小的Ti进行氧化生成TiO2作为缓冲层，而且TiO2的介电系数高是很合适的材料。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管的柔性PET衬底；图3是在PET柔性衬底上表面旋涂一层PDMS示意图；图4是在PDMS的光滑上表面上蒸镀一层Au作为栅极示意图；图5是在栅极上表面蒸镀一层Ti并通氧气加热氧化生成TiO2示意图；图6是在TiO2上表面用原子层沉积技术沉积一层HfO2作为绝缘层示意图；图7是转移黑磷薄片作为半导体层示意图；图8是在黑磷薄片上打印两个Au电极作为源电极、漏电极示意图。附图中的标记为：1-PET柔性衬底，2-PDMS层，3-Au栅电极，4-TiO2缓冲层，5-HfO2绝缘层，6-黑磷薄片，7-Au漏电极，8-Au源电极。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例。基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，构成如图1所示，包括依次设置的PET柔性衬底1、Au栅电极3、HfO2绝缘层5和黑磷薄片6；黑磷薄片6上设有Au漏电极7和Au源电极8，所述PET柔性衬底1与Au栅电极3之间设有PDMS层2，Au栅电极3与HfO2绝缘层5之间设有TiO2缓冲层4。所述PDMS层2的厚度为1-2μm。所述Au栅电极3的厚度为95-105nm。所述TiO2缓冲层4的厚度为1-2nm。所述HfO2绝缘层5的厚度为28-32nm。所述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管的制备方法，按下述步骤进行：A、用超声清洗PET柔性衬底上表面，在其上表面旋涂一层PDMS并加热以获得光滑表面；B、用电子束蒸镀仪在光滑表面上蒸镀一层Au形成Au栅电极；C、在Au栅电极上表面通过电子束蒸镀仪蒸镀一层Ti，然后放入烘干机通入O2加热氧化以获得TiO2缓冲层；D、在TiO2缓冲层上表面通过采用原子层沉积方法获得一层HfO2绝缘层；E、通过机械剥离法获得黑磷薄片作为晶体管的半导体层，并转移到HfO2绝缘层上表面上；F、在黑磷薄片上打印两个Au电极作为Au源电极、Au漏电极。HfO2是晶体管的绝缘层，黑磷薄片是晶体管的半导体层。如图2-8所示，具体可如下进行制备：1、准备PET柔性衬底，用超声清洗干净；2、在PET柔性衬底的洁净上表面上旋涂一层1-2μm厚的PDMS，并放在烘干机里在80°C下烘烤3小时以获得光滑上表面，如图3所示；3、用电子束蒸镀仪在PDMS光滑上表面上蒸镀一层100nm厚的Au作为栅电极，如图4所示；4、用电子束蒸镀仪在Au层上表面蒸镀一层1-2nm厚的Ti，并放入烘干机通入O2，在200℃下氧化1h形成TiO2缓冲层，如图5所示；5、用原子层沉积技术在TiO2缓冲层的上表面沉积一层30nm厚的HfO2作为晶体管绝缘层，如图6所示；6、通过机械剥离法获得40-50nm厚的黑磷薄片，并转移至HfO2绝缘层上，随后放入烘干机内，在90℃下烘烤1h再撕胶带以作为晶体管半导体层，如图7所示；7、采用材料沉积喷墨打印系统在黑磷薄片上打印两个Au电极作为晶体管的漏电极和源电极，如图8所示。使得基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管具有良好的输出特性等性能，能避免蒸镀金属对二维材料的损伤。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底（1）、Au栅电极（3）、HfO

【技术特征摘要】
1.基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底（1）、Au栅电极（3）、HfO2绝缘层（5）和黑磷薄片（6）；黑磷薄片（6）上设有Au漏电极（7）和Au源电极（8），所述PET柔性衬底（1）与Au栅电极（3）之间设有PDMS层（2），Au栅电极（3）与HfO2绝缘层（5）之间设有TiO2缓冲层（4）。2.根据权利要求1所述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：所述PDMS层（2）的厚度为1-2μm。3.根据权利要求1所述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：所述Au栅电极（3）的厚度为95-105nm。4.根据权利要求1所述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：所述TiO2缓冲层（4）的厚度为1-2nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜耀华，郑蓓蓉，王权，薛遥，薛伟，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33