一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管及制备方法

1.本发明属于半导体材料及器件技术领域，具体涉及一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管及制备方法。


背景技术：

2.基于双极性半导体材料的场效应晶体管作为互补电路中的关键元器件，凭借其优异的电气性能被众多科研学者广泛研究。而具有高适配性且优异电学特性的双极性半导体材料是制备高性能场效应晶体管的必要条件之一。
3.根据半导体层的结构及制备方式，双极性场效应晶体管可分为垂直双层半导体晶体管、水平双层半导体晶体管及p/n混合物单层半导体晶体管。在器件的性能方面，水平双层半导体晶体管的电气性能较其他两种类型的晶体管具有明显优势。但当前就制备水平双层半导体而言，通常需要对p型和n型两种类型的半导体分别进行沉积，并且在沉积第二种半导体薄膜时需要对第一种半导体薄膜进行遮掩，过程较为复杂、耗时较长且成本较高。


技术实现要素：

4.针对现有技术所存在的不足，本发明提供一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管及制备方法，通过将所选取的两种极性不同的半导体溶液滴至模具两侧，可以同时沉积两种半导体层且对彼此性能不产生影响。
5.为了实现上述发明目的1，本发明采取以下技术方案：
6.一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管，自下而上依次包括衬底、介电层、半导体层和金属电极，所述半导体层为水平双层结构半导体。
7.进一步地，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底，刚性衬底采用硅晶片或玻璃；所述金属电极采用al、ag或au。
8.进一步地，所述水平双层结构半导体采用n型和p型的有机或无机半导体材料构成。
9.为了实现上述发明目的2，本发明采取以下技术方案：
10.一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管的制备方法，采用如上所述的水平双层半导体晶体管，包括以下步骤：
11.s1、选择具有氮化硅介电层的p型硅衬底，将衬底经过丙酮、异丙醇和去离子水清洗后进行烘干，并采用等离子清洗机对衬底表面进行二次清洗处理，得到高亲水性、干净的氮化硅表面；
12.s2、制备一种多沟道模具，所述多沟道模具设有若干个第一微通道和第二微通道，所述第一微通道的左端为开口端，右端为封闭端，第二微通道的左端为封闭端，右端为开口端，第一微通道和第二微通道间隔设置；将多沟道模具按压在介电层上，将所选的具有n型和p型的半导体溶液分别滴在模具左右两侧，使两种半导体溶液分别受到微通道毛细力的作用流入微通道中，将滴入溶液的模具置于热台进行预烤，然后将模具取掉后置于马弗炉
中进行热退火，最终得到水平双层结构半导体；
13.s3、制备金属电极，以真空沉积方式，在水平双层结构半导体表面沉积金属薄膜，形成金属电极，最终得到水平双层结构半导体场效应晶体管。
14.进一步地，所述微通道的通道宽度＜1微米，通道长度＜10微米，相邻的微通道间距＜0.5微米；所述半导体层厚度为20～50纳米，所述介电层的厚度为30～100纳米，所述金属电极的厚度为10～200纳米。
15.有益技术效果：
16.本发明采用的多沟道模具，在毛细力的作用下，可同时制备具有水平结构的双层半导体，无需额外的掩膜板。在保证所制备的水平双层半导体晶体管性能的前提下，简化制备工艺、降低制备成本，提高器件的实际应用性。
附图说明
17.图1是本发明提供的一种水平双层半导体场效应晶体管的结构示意图；
18.图2是本发明中半导体溶液滴入多沟道模具的示意图；
19.其中，1-衬底；2-介电层；3-半导体层；4-金属电极；5-第一微通道；6-第二微通道；7-n型半导体溶液；8-p型半导体溶液；
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案以及优点部分更加明确，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。下面通过参考附图描述的实例属于示例性质，并不能认为是对本发明的限制。需要理解的是，在本发明的描述中，所涉及到如顶、底、上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.为进一步说明本发明的技术方案，下面将通过具体实施例进行详细说明。
22.一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管，如图1所示，自下而上依次包括衬底1、介电层2、半导体层3和金属电极4，半导体层3为水平双层结构半导体。
23.衬底1为刚性衬底或柔性衬底，刚性衬底采用硅晶片或玻璃；金属电极4采用al、ag或au。
24.水平双层结构半导体采用n型和p型的有机或无机半导体材料构成。
25.一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管的制备方法，采用如上所述的水平双层半导体晶体管，包括以下步骤：
26.s1、选择具有氮化硅介电层的p型硅衬底(sin
x
)，介电层的厚度为30～100纳米；采用丙酮和异丙醇分别对p型硅衬底进行15分钟和30分钟的超声清洗处理，再采用去离子水清洗表面残留的异丙醇，使氮化硅表面洁净且无有机物质，采用氮气吹干后进行烘干，去除氮化硅基板表面所残留的水分及具有氧化性或还原性的气体，最后采用等离子清洗机对衬底表面进行二次清洗处理，得到高亲水性、干净的氮化硅表面；
27.s2、制备一种多沟道模具，多沟道模具包括若干个第一微通道5和第二微通道6，第一和第二微通道均沿左右方向延伸，第一微通道5和第二微通道6的上前后均设有封闭面，
第一微通道5的左端为开口端，右端为封闭端，第二微通道6的左端为封闭端，右端为开口端，第一微通道5和第二微通道6沿前后方向间隔平行设置，微通道的通道宽度＜1微米，通道长度＜10微米，相邻的微通道间距＜0.5微米；将多沟道模具按压在介电层上，将所选的n型半导体溶液7和p型半导体溶液8分别滴在模具左右两侧，使两种半导体溶液分别受到微通道毛细力的作用流入微通道中，如图2所示；将模具置于热台进行120℃预烤10分钟，然后将模具去掉后置于马弗炉中以500℃退火40分钟，最终得到水平双层结构半导体，得到的半导体层厚度为20～50纳米；
28.s3、制备金属电极；以真空沉积方式，在水平双层结构半导体表面沉积金属薄膜，形成金属电极，最终得到水平双层结构半导体晶体管。
29.上述三个金属电极的厚度为10～200纳米，导电沟道长l＝80微米，宽w＝2000微米。
30.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管，其特征在于，自下而上依次包括衬底、介电层、半导体层和金属电极，所述半导体层为水平双层结构半导体。2.根据权利要求1所述的一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底，刚性衬底采用硅晶片或玻璃；所述金属电极采用al、ag或au。3.根据权利要求1所述的一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管，其特征在于，所述水平双层结构半导体采用n型和p型的有机或无机半导体材料构成。4.一种如权利要求1-3任一项所述的水平双层半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、选择具有氮化硅介电层的p型硅衬底，将衬底经过丙酮、异丙醇和去离子水清洗后进行烘干，并采用等离子清洗机对衬底表面进行二次清洗处理，得到高亲水性、干净的氮化硅表面；s2、制备一种多沟道模具，所述多沟道模具设有若干个第一微通道和第二微通道，所述第一微通道的左端为开口端，右端为封闭端，第二微通道的左端为封闭端，右端为开口端，第一微通道和第二微通道间隔设置；将多沟道模具按压在介电层上，将所选的具有n型和p型的半导体溶液分别滴在模具左右两侧，使两种半导体溶液分别受到微通道毛细力的作用流入微通道中，将滴入溶液的模具置于热台进行预烤，然后将模具取掉后置于马弗炉中进行热退火，最终得到水平双层结构半导体；s3、制备金属电极，以真空沉积方式，在水平双层结构半导体表面沉积金属薄膜，形成金属电极，最终得到水平双层结构半导体场效应晶体管。5.根据权利要求4所述的一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述微通道的通道宽度＜1微米，通道长度＜10微米，相邻的微通道间距＜0.5微米；所述半导体层厚度为20～50纳米，所述介电层的厚度为30～100纳米，所述金属电极的厚度为10～200纳米。

技术总结
本发明公开了一种基于毛细力的水平双层半导体场效应晶体管及制备方法，属于半导体材料及器件技术领域，晶体管属于自下而上依次包括衬底、介电层、半导体层和金属电极，半导体层为水平双层结构半导体。本发明提出一种多沟道模具，设有若干个第一微通道和第二微通道，第一微通道的左端为开口端，右端为封闭端，第二微通道的左端为封闭端，右端为开口端，第一微通道和第二微通道间隔设置；在毛细力的作用下，可同时制备具有水平结构的双层半导体，无需额外的掩膜板。在保证所制备的水平双层半导体晶体管性能的前提下，简化制备工艺、降低制备成本，提高器件的实际应用性。提高器件的实际应用性。提高器件的实际应用性。


技术研发人员：张雪 朴载勋 杜立彬 李洪宇 郭素敏
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/6