[发明专利]基于ZnO纳米线阵列的压电场效应晶体管的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术和半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种基于ZnO纳米材料的压电场效应晶体管（PE-FET）的构建方法。该器件可以通过施加外力对源漏电流进行调制，这是一种新的器件构筑方法，实现了通过机械信号对电子器件电学性能的调制。

背景技术

近年来，纳米科学和技术的迅速发展，已经对社会的经济发展、科学技术进步、人类生活等方面产生了巨大影响。纳米科学和技术正在信息、材料、能源、环境、化学、微电子、微制造、生物、医学和国防等方面显示出广阔的应用前景。

一维纳米材料，包括纳米线/棒、纳米带、纳米针、纳米同轴电缆和纳米管等，具有独特的电学、力学、光学以及它们之间的交互耦合效应等性质，被认为是构筑下一代电子、光电子、纳机电器件的基础。氧化锌是典型的直接带隙宽禁带半导体材料，具有特殊的导电、导热性能，化学性质非常稳定。同时，氧化锌具有压电特性，在非轴向应力作用下，晶体内部由于Zn²⁺ 和O^2–发生相对位移而产生压电电势， ZnO的半导体特性与这种压电特性的耦合作用使得晶体内的压电势对其表面及连接处的电荷输运产生极大的影响。压电场效应晶体管（PE-FET）则是利用压电效应产生的压电势作为栅极电压来调控源漏极电流，显示了一种制备由应变、应力或压强驱动和控制的电子器件和传感器的新方法，并得到了广泛的关注。

目前，国际上已有基于ZnO纳米材料的纳米发电机、压电场效应晶体管等方面的研究（Piezoelectric Field Effect Transistor and Nanoforce Sensor Based on a Single ZnO Nanowire,《Nano Letters》, 2006. Vol.6, No.12, 2768-2772; Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays.《Science》, 2006, Vol. 312 , no. 5771, 242-246; Piezoelectric Gated Diode of a Single ZnO Nanowire. 《Advanced Materials》, 2007, Vol 19, Issue 6, 781–784）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnO纳米线阵列的压电场效应晶体管的构建方法，这个基于纳米线阵列的PE-FET是以压电电势代替传统门电压控制源漏电流的新型FET。当纳米线阵列受到不同大小的外力时，源漏电流随之产生相应的变化，即该器件的电信号可以通过外界的机械信号来调控。因此，它也可以作为用于检测外力的的传感器。此种器件的制作成本低、方法简单、效率高，与单根的纳米线相比，对使用环境要求较低，操作简单，效果稳定，可应用于大规模生产的要求。

本发明的技术方案是，一种基于ZnO纳米线阵列的压电场效应晶体管（PE-FET）的构建方法，具体包括以下步骤：

1）.ZnO纳米线阵列的制备：

1.1）将N型掺杂绝缘硅片依次在去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇中超声、洗净，并于60℃烘干备用；

1.2）将Zn(NO₃)₂、(CH₂)₆N₄和聚醚酰亚胺溶解在水中，配制成Zn(NO₃)₂的浓度为0.05mol/L 、(CH₂)₆N₄的浓度为0.05mol/L和聚醚酰亚胺的浓度为0.004~0.007 mol/L的前驱液，备用；

1.3）将Zn(CH₃CO₂)₂和HO(CH₂)₂NH₂溶解在乙二醇独甲醚中，Zn(CH₃CO₂)₂浓度为0.5mol/L和HO(CH₂)₂NH₂浓度为0.5mol/L的的晶种液，将得到的晶种液匀涂在步骤1.1处理过的N型掺杂绝缘硅片上并在350-450℃下退火30-45min，备用；