一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法技术

本发明专利技术属于柔性电子显示器的技术领域，提供了一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法。该方法通过对柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，然后在基板表面沉积黑磷烯纳米薄膜，并形成氮化硼保护层，再缓慢释放预拉力，使黑磷烯薄膜形成波形，进一步蒸镀电极，制得黑磷烯波形场效应薄膜晶体管。与传统方法相比，本发明专利技术制备的波形薄膜晶体管，不仅具有良好的柔性，临界拉应变及临界压应变较高，而且具有良好的稳定性，载流子迁移率及电流开关比较高，可用于柔性电子显示器中。

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法
本专利技术属于柔性电子显示器的
，提供了一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法。
技术介绍
近年来，二维晶体材料因其优越的电气特性，成为半导体材料研究的新方向。继石墨烯、二硫化钼之后，近日，一种新型二维半导体材料—黑磷，以及制备的相应的场效应晶体管器件，它将有可能替代传统的硅，成为电子线路的基本材料。黑磷二维晶体有良好的电子迁移率，还有非常高的漏电流调制率，与电子线路的传统材料硅类似。除了电性能优越以外，黑磷的光学性能同包括硅和硫化钼在内的其他材料相比也有巨大的优势。黑磷超越石墨烯的最大优点就在于拥有能隙，使其更容易进行光探测。而且，其能隙是可通过在硅基板上堆叠的黑磷层数来做调节，使其能吸收可见光范围以及通讯用红外线范围的波长。此外，因为黑磷是一种直接能隙半导体，也能将电子信号转成光，是一种性能极为优异的半导体材料。黑磷发展的一个重要方向是制备电晶体，而长期目标则是在硅晶片中实现黑磷雷射元件柔性电子器件以其独特的延展性及其高效、低成本的制造工艺，具有广泛应用前景。与其他二维晶体材料相比，二维黑磷单晶材料更加稳定，但其单晶在常压下不容易生长，在显示器的应用中具有极好的应用前景，但其柔性差的缺点限制了在柔性显示器中的应用。中国专利技术专利申请号201710344614.5公开了一种柔性薄膜晶体管及其制造方法，包括：柔性基底；设置在柔性基底上的无机绝缘层；以及设置在无机绝缘层上的薄膜晶体管；其中，无机绝缘层朝向薄膜晶体管一侧的表面设置有粗糙结构。但存在柔性不理想，易开裂的问题。中国专利技术专利申请号201410276830.7公开了一种柔性薄膜晶体管，包括：柔性基板；阻挡层，设置于所述柔性基板之上；栅极，设置于所述阻挡层之上；栅极绝缘层，设置于阻挡层之上并覆盖所述栅极；有源半导体层，设置于所述栅极绝缘层之上；以及源/漏电极，设置于所述有源半导体层之上并与所述有源半导体层电接触，其中阻挡层为包括氮化硅层、氧化硅层和氧化铝层的层叠结构。但存在柔性差，易开裂，使用耐久性差的缺点。综上所述，由于柔性显示器对于晶体管的材质要求较高，而现有的黑磷晶体管材料柔性差，易断裂，使用耐久性不理想，严重影响了黑磷在柔性显示器中的应用和柔性显示器的发展，因此开发用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管有着重要的意义。
技术实现思路
可见，现有技术制备的薄膜晶体管存在柔性差、易断裂的缺点，影响了柔性显示器的使用寿命。针对这种情况，我们提出一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法，使得晶体管具备优异的电学性能的同时，柔性好，不易断裂，具有较好的使用耐久性。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管的制备方法，所述波形薄膜晶体管制备的具体步骤如下：（1）向柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，使基板处于拉伸状态，然后在减压条件下将红磷加热沉积于聚酰亚胺基板表面，冷却后，在常温下加压使红磷通过相变转化为黑磷烯，制得黑磷烯纳米薄膜；（2）通过干法转移，以聚丁二烯和聚甲基丙烯酸甲酯为聚合支撑层，在氮气压的作用下将黑磷烯纳米薄膜加热至一定温度，将氮化硼转移至黑磷烯薄膜层的表面，形成钝化保护层；（3）缓慢释放聚酰亚胺基板的预拉力，在基板的形变缓慢恢复的过程中，黑磷烯薄膜层随之发生形变，形成波浪状的薄膜，即黑磷烯波形薄膜；（4）通过真空镀膜机在黑磷烯的沟道两侧沉积Cr/Au电极，制得黑磷烯波形场效应薄膜晶体管。优选的，步骤（1）所述聚酰亚胺基板的厚度为0.5~1.5mm，预拉伸倍数为0.5~2倍。优选的，步骤（1）所述加热沉积的温度为200~300℃，减压压力为0.05~0.2Pa。优选的，步骤（1）所述相变的压力为7~10GPa。优选的，步骤（1）制得的黑磷烯纳米薄膜的厚度为5~15nm。优选的，步骤（2）所述黑磷烯纳米薄膜的加热温度为110~140℃。优选的，步骤（3）所述聚酰亚胺基板的形变恢复时间为5~30s。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管。所述波形薄膜晶体管是通过对柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，然后在基板表面沉积黑磷烯纳米薄膜，并形成氮化硼保护层，再缓慢释放预拉力，使黑磷烯薄膜形成波形，进一步蒸镀电极而制得。本专利技术提供了一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术制备的黑磷烯波形薄膜晶体管，通过对柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，在基板的拉伸形变回复的过程中，带动黑磷烯薄膜发生形变而弯曲，形成波形薄膜，使得制得的晶体管具有一定柔性，能配合柔性显示器的形变而不断裂。2.本专利技术的制备方法，在黑磷烯薄膜表面干法转移形成氮化硼保护层，可抑止黑磷烯的表面氧化，具有良好的稳定性，制得的晶体管的载流子迁移率显著增加，并能维持较高的电流开关比。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）向柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，使基板处于拉伸状态，然后在减压条件下将红磷加热沉积于聚酰亚胺基板表面，冷却后，在常温下加压使红磷通过相变转化为黑磷烯，制得黑磷烯纳米薄膜；聚酰亚胺基板的厚度为0.9mm，预拉伸倍数为0.9倍；加热沉积的温度为260℃，减压压力为0.11Pa；相变的压力为9GPa；黑磷烯纳米薄膜的厚度为9nm；（2）通过干法转移，以聚丁二烯和聚甲基丙烯酸甲酯为聚合支撑层，在氮气压的作用下将黑磷烯纳米薄膜加热至一定温度，将氮化硼转移至黑磷烯薄膜层的表面，形成钝化保护层；黑磷烯纳米薄膜的加热温度为130℃；（3）缓慢释放聚酰亚胺基板的预拉力，在基板的形变缓慢恢复的过程中，黑磷烯薄膜层随之发生形变，形成波浪状的薄膜，即黑磷烯波形薄膜；聚酰亚胺基板的形变恢复时间为22s；（4）通过真空镀膜机在黑磷烯的沟道两侧沉积Cr/Au电极，制得黑磷烯波形场效应薄膜晶体管。测试方法：（1）载流子迁移率：采用飞行时间（TOF）法进行载流子迁移率的测量，利用传统TOF实验装置，在光脉冲激发下进行试验，测试环境温度为25℃，相对湿度为55%，将光电流和时间做成对数（即logI-logt曲线），得到光电流有一个形变的转折点ttr，根据公式L=d/ttr·E计算载流子迁移率，其中d为本专利技术制得的晶体管器件的薄膜厚度；（2）电流开关比：参照IEC61000-4-52015标准进行本专利技术制得的薄膜晶体管的电学特性测试，测试仪器为HP4156B半导体参数分析仪，测试环境温度为25℃，相对湿度为55%，得到薄膜晶体管的开关特性及跨导曲线，根据开态电流与关态电流的比值Ion/Ioff计算得到电流开关比；（3）临界拉应变及压应变：采用量程为250N的微拉力机测定本专利技术制得的薄膜晶体管的应力σ-应变ε曲线，采用电阻测试设备测定金属薄膜电阻相对变化随拉伸及压缩过程中应变ε的变化，Δ＝(R-R0)/R0，其中R0为拉伸或压缩前金属薄膜的电阻值，R为拉伸或压缩过程中金属薄膜的电阻值；即得到εi和εc，通过扫描显微镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述波形薄膜晶体管制备的具体步骤如下：（1）向柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，使基板处于拉伸状态，然后在减压条件下将红磷加热沉积于聚酰亚胺基板表面，冷却后，在常温下加压使红磷通过相变转化为黑磷烯，制得黑磷烯纳米薄膜；（2）通过干法转移，以聚丁二烯和聚甲基丙烯酸甲酯为聚合支撑层，在氮气压的作用下将黑磷烯纳米薄膜加热至一定温度，将氮化硼转移至黑磷烯薄膜层的表面，形成钝化保护层；（3）缓慢释放聚酰亚胺基板的预拉力，在基板的形变缓慢恢复的过程中，黑磷烯薄膜层随之发生形变，形成波浪状的薄膜，即黑磷烯波形薄膜；（4）通过真空镀膜机在黑磷烯的沟道两侧沉积Cr/Au电极，制得黑磷烯波形场效应薄膜晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述波形薄膜晶体管制备的具体步骤如下：（1）向柔性聚酰亚胺基板施加预拉力，使基板处于拉伸状态，然后在减压条件下将红磷加热沉积于聚酰亚胺基板表面，冷却后，在常温下加压使红磷通过相变转化为黑磷烯，制得黑磷烯纳米薄膜；（2）通过干法转移，以聚丁二烯和聚甲基丙烯酸甲酯为聚合支撑层，在氮气压的作用下将黑磷烯纳米薄膜加热至一定温度，将氮化硼转移至黑磷烯薄膜层的表面，形成钝化保护层；（3）缓慢释放聚酰亚胺基板的预拉力，在基板的形变缓慢恢复的过程中，黑磷烯薄膜层随之发生形变，形成波浪状的薄膜，即黑磷烯波形薄膜；（4）通过真空镀膜机在黑磷烯的沟道两侧沉积Cr/Au电极，制得黑磷烯波形场效应薄膜晶体管。2.根据权利要求1所述一种用于柔性显示器的黑磷烯波形薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述聚酰亚胺基板的厚度为0.5~1.5mm，预拉伸倍数为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉英，
申请(专利权)人：张玉英，
类型：发明
国别省市：四川,51