纤维状垂直沟道晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提出纤维状垂直沟道晶体管，所述晶体管从内至外依次设有栅极衬底、聚合物绝缘层、氧化物绝缘层、网状源极、半导体层和电极；所述电极包括半导体层上的漏极接触电极，还包括位于半导体层旁的设于网状源极上的源极接触电极；所述栅极衬底以直径为100μm至200μm的金属丝成型；所述金属丝为银丝或铝丝；本发明专利技术突破了传统工艺对沟道长度的限制，可以获得高的光电性能和出色的机械鲁棒性，而且有利于将器件编织集成在衣物上。

【技术实现步骤摘要】
纤维状垂直沟道晶体管及其制备方法
本专利技术涉及电子材料及器件
，尤其是纤维状垂直沟道晶体管及其制备方法。
技术介绍
纤维是织物的组成部分，织物具有弯曲弹性、拉伸性、高强度、高透气性、热防护可大规模生产等优点。但是织物的基本功能自文明诞生以来并没有发生太大的变化，与通信和电子等其他领域相比，其技术功能几乎没有进展。近些年来，纤维这种古老的形式正在往功能性电子器件和智能系统演变。垂直结构的纤维状晶体管由于其载流子传输沟道长度为半导体层的厚度，使得沟道长度可以为纳米级别，提高了晶体管的响应速度。相比之下，平面结构晶体管的载流子在半导体层与绝缘层之间的界面传输，而垂直沟道晶体管的载流子是体传输的，避免了界面形貌对晶体管性能的影响。此外，载流子垂直方向的传输使得器件具有出色的机械鲁棒性。目前，尚无关于纤维状垂直沟道晶体管的研究报道。
技术实现思路
本专利技术提出纤维状垂直沟道晶体管及其制备方法，突破了传统工艺对沟道长度的限制，可以获得高的光电性能和出色的机械鲁棒性，而且有利于将器件编织集成在衣物上。纤维状垂直沟道晶体管，所述晶体管从内至外依次设有栅极衬底（100）、聚合物绝缘层（110）、氧化物绝缘层（120）、网状源极（130）、半导体层（140）和电极；所述电极包括半导体层（140）上的漏极接触电极（150），还包括位于半导体层（140）旁的设于网状源极（130）上的源极接触电极（160）。所述栅极衬底以直径为100μm至200μm的金属丝成型；所述金属丝为银丝或铝丝。所述聚合物绝缘层为500nm至2000nm的有机聚合物绝缘层，或是厚度为60nm至300nm的无机绝缘层。所述氧化物绝缘层厚度为50至150nm。所述半导体层厚度为100至140nm。所述漏极接触电极、源极接触电极均为20nm至80nm的金属薄层；所述金属薄层为金质层、银质层或铝质层。所述晶体管为具备纤维状结构的底栅垂直结构晶体管。所述晶体管可作为光探测晶体管。以上所述的纤维状垂直沟道晶体管的制备方法为，所述聚合物绝缘层以旋涂工艺或刮涂工艺或浸涂工艺制备；所述氧化物绝缘层以原子层沉积技术或磁控溅射工艺制备；所述网状源极以旋涂工艺或浸涂工艺制备；所述半导体层采用喷墨打印工艺或蒸镀工艺制备；所述漏极接触电极、源极接触电极可采用热蒸发法制备，也可采用喷墨打印技术制备；当采用热蒸发法制备漏极接触电极、源极接触电极时，所述漏极接触电极、源极接触电极为金质层、银质层或铝质层；当采用喷墨打印技术制备漏极接触电极、源极接触电极时，采用的墨水材料为PEDOT:PSS导电墨水或银纳米颗粒导电墨水。所述制备方法包括以下步骤；S1：将栅极衬底清洗干净，所述栅极衬底的材质为银丝或铝丝或铜丝；S2：采用溶液法，利用旋涂或浸涂或刮涂或棒涂工艺在所述栅极衬底上制备一层500nm至2000nm厚的聚合物绝缘层并退火；S3：采用原子层沉积工艺在所述聚合物绝缘层的上表面沉积一层100nm至180nm厚的氧化物绝缘层；S4：采用旋涂或浸涂或刮涂或喷墨打印工艺在所述氧化物绝缘层的上表面沉积网状源极并退火；S5：制备半导体薄膜点阵，方法是采用喷墨打印工艺沿着纤维状结构的长在所述网状源极表面打印由半导体薄膜点组成的有机半导体点阵并退火；或利用磁控溅射技术，借助掩膜版沉积图案化分布的半导体薄膜点；S6：制备源极接触电极和漏极接触电极，可采用热蒸发法或喷墨打印工艺；采用热蒸发法制备时，利用掩膜版分别在网状源极上和半导体层上沉积厚度为20nm至80nm的源极接触电极和漏极接触电极，采用的材质为金、银或铝；采用喷墨打印工艺制备时，分别在网状源极上和半导体层上打印源极接触电极和漏极接触电极，在半导体薄膜点阵列中每个半导体薄膜点的旁侧和正上方分别沉积源极接触电极和漏极接触电极；或是利用磁控溅射技术并借助掩膜版，在半导体薄膜点阵列中每个半导体薄膜点的旁侧和正上方分别沉积源极接触电极和漏极接触电极。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过本专利技术所提供的方法制备的纤维状垂直沟道晶体管，由于其载流子传输沟道长度为半导体层的厚度，使得沟道长度可以为纳米级别，提高了晶体管的响应速度。相比之下，平面结构晶体管载流子在半导体层与绝缘层之间的界面传输，而垂直沟道晶体管的载流子是体传输的，避免了界面形貌对晶体管性能的影响。此外，载流子垂直方向的传输使得器件具有出色的机械鲁棒性，纤维形状的晶体管有利于将器件编织集成在衣物上。本专利技术中所提出的纤维状垂直沟道晶体管，其制备简单，成本低，有利于推广运用，具备显著的经济和社会效益，有望广泛用于驱动智能衣物上的LED灯、光探测器等领域。本专利技术有效提高了器件的驱动能力和响应速度，当本专利技术用于穿戴设备时，本专利技术提供的纤维状垂直沟道晶体管超高的开态电流密度可以用于智能衣物或智能穿戴上直接驱动OLED器件发光；当本专利技术用于光探测方面时，本专利技术的器件的超短沟道有利于光生激子迅速分离和传输，垂直传输避免了半导体层/绝缘层界面缺陷的捕获效应，高的电流密度有利于充分利用感光层产生的激子，本专利技术这些优势表明晶体管在光探测方向巨大的应用前景而其纤维状的结构有利于将器件编织集成在衣物上。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术的立体示意图；附图2是本专利技术的剖切示意图；图中：100-栅极衬底；110-聚合物绝缘层；120-氧化物绝缘层；130-网状源极；140-半导体层；150-漏极接触电极；160-源极接触电极。具体实施方式如图1-2所示，纤维状垂直沟道晶体管，所述晶体管从内至外依次设有栅极衬底100、聚合物绝缘层110、氧化物绝缘层120、网状源极130、半导体层140和电极；所述电极包括半导体层140上的漏极接触电极150，还包括位于半导体层旁的设于网状源极130上的源极接触电极160。所述栅极衬底以直径为100μm至200μm的金属丝成型；所述金属丝为银丝或铝丝。所述聚合物绝缘层为500nm至2000nm的有机聚合物绝缘层，或是厚度为60nm至300nm的无机绝缘层。所述氧化物绝缘层厚度为50至150nm。所述半导体层厚度为100至140nm。所述漏极接触电极、源极接触电极均为20nm至80nm的金属薄层；所述金属薄层为金质层、银质层或铝质层。所述晶体管为具备纤维状结构的底栅垂直结构晶体管。所述晶体管可作为光探测晶体管。以上所述的纤维状垂直沟道晶体管的制备方法为，所述聚合物绝缘层以旋涂工艺或刮涂工艺或浸涂工艺制备；所述氧化物绝缘层以原子层沉积技术或磁控溅射工艺制备；所述网状源极以旋涂工艺或浸涂工艺制备；所述半导体层采用喷墨打印工艺或蒸镀工艺制备；所述漏极接触电极、源极接触电极可采用热蒸发法制备，也可采用喷墨打印技术制备；当采用热蒸发法制备漏极接触电极、源极接触电极时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述晶体管从内至外依次设有栅极衬底（100）、聚合物绝缘层（110）、氧化物绝缘层（120）、网状源极（130）、半导体层（140）和电极；所述电极包括半导体层（140）上的漏极接触电极（150），还包括位于半导体层（140）旁的设于网状源极（130）上的源极接触电极（160）。/n

【技术特征摘要】
1.纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述晶体管从内至外依次设有栅极衬底（100）、聚合物绝缘层（110）、氧化物绝缘层（120）、网状源极（130）、半导体层（140）和电极；所述电极包括半导体层（140）上的漏极接触电极（150），还包括位于半导体层（140）旁的设于网状源极（130）上的源极接触电极（160）。


2.根据权利要求1所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述栅极衬底以直径为100μm至200μm的金属丝成型；所述金属丝为银丝或铝丝。


3.根据权利要求2所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述聚合物绝缘层为500nm至2000nm的有机聚合物绝缘层，或是厚度为60nm至300nm的无机绝缘层。


4.根据权利要求3所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述氧化物绝缘层厚度为50至150nm。


5.根据权利要求4所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述半导体层厚度为100至140nm。


6.根据权利要求5所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述漏极接触电极、源极接触电极均为20nm至80nm的金属薄层；所述金属薄层为金质层、银质层或铝质层。


7.根据权利要求6所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述晶体管为具备纤维状结构的底栅垂直结构晶体管。


8.根据权利要求7所述的纤维状垂直沟道晶体管，其特征在于：所述晶体管可作为光探测晶体管。


9.纤维状垂直沟道晶体管的制备方法，其特征在于：权利要求7中所述的纤维状垂直沟道晶体管的制备方法为，所述聚合物绝缘层以旋涂工艺或刮涂工艺或浸涂工艺制备；所述氧化物绝缘层以原子层沉积技术或磁控溅射工艺制备；所述网状源极以旋涂工艺或浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惠鹏，柯钰丹，陈耿旭，郭太良，俞礽坚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35