[发明专利]一种二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场效应光晶体管及其制造方法，尤其是二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管及其制造方法。

背景技术

光晶体管是由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益，光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓（CaAs），主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒)，常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。

目前，在光探测领域最新的研究成果是基于量子点调控的光晶体管。这种光晶体管可以提供比较高的光增益，并且有比较小的暗电流。据报道，有铝掺杂的氧化锌（AZO）和PbS量子点的光晶体管混合结构对红外光的吸收强烈，可以用于红外波段光电探测器的制作；基于石墨烯-PbS量子点混合而得到的光电MOS管，具有10⁸电子/光子的量子效率和10⁷A/W的高灵敏度，最低可探测10^-15 W的光强；而单壁碳纳米管与量子点的混合光晶体管结构增强了光的斯塔效应。对量子点混合结构光晶体管的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为光探测领域提供一种使用半导体材料二硫化钼而构建的二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应晶体管其制造方法，为场效应光晶体管提供一种新品种。

本发明的二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管，自下而上依次有Si层和SiO₂层的Si/SiO₂复合晶片、n层二硫化钼层，n=1-4、两块在同一水平面上彼此相隔的金电极、在两块金电极之间有ZnO量子点层，ZnO量子点层中的ZnO量子点的直径为3-8nm。

通常，Si/SiO₂复合晶片的SiO₂层的厚度为30-300nm，Si层厚度为200μm。ZnO量子点层的厚度为10-500nm。

本发明的二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管的制造方法，包括如下步骤：

1）使用微机械力方法，用胶带从二硫化钼晶体上剥离n层二硫化钼，n=1-4，再将二硫化钼黏贴到清洗干净的Si/SiO₂复合晶片的SiO₂层上；

2）在二硫化钼层上旋涂质量浓度1%-10%的聚甲基丙烯酸甲酯，采用电子束曝光法在聚甲基丙烯酸甲酯涂层上刻蚀出金电极图形；

3）采用电子束蒸发方法，在刻蚀的金电极图形上依次沉积5nmNi和20-100nmAu，作为场效应光晶体管的源极和漏极；

4)将4.83g ZnSO₄溶于去离子水中，配成浓度为0.12mol/L的ZnSO₄水溶液；然后加入0.8-1.2g十二烷基苯磺酸钠和0.8-1.2ml正己烷配置成混合溶液，把配制的混合溶液放置超声器中，在超声状态下将浓度为10%的氨水滴入上述混合溶液中，直到溶液中的Zn离子完全沉淀下来，过滤，依次用去离子水和乙醇清洗，取沉淀，烘干，然后在700℃下加热3小时，自然冷却至常温，将所得产物溶于水中，得到分散有ZnO量子点的水溶液；

5）采用旋涂的方法将步骤4）制得的ZnO量子点溶液涂覆到二块金电极之间的二硫化钼层上，得到二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管。

本发明制备过程中，清洗Si/SiO₂复合晶片可以是先依次用去离子水、丙酮和异丙醇清洗，然后再用O₂：Ar=1:1的混合等离子气体清洗。

上述步骤2）的电子束曝光刻蚀的曝光时间为1-2s、显影时间40s-1min。步骤3）的电子束蒸发过程中，气压控制在5×10^-3Pa以下。

二硫化钼具有二维晶体结构，表面平整，是一种类似于石墨烯结构的半导体，其禁带宽度为1.87eV。利用二硫化钼和ZnO量子点混合，可以制造出二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应晶体管结构。

本发明的二硫化钼-氧化锌量子点混合场效应光晶体管中二硫化钼层受到Si背栅电极的调控，利用光致激发ZnO量子点构建成场效应晶体管。本发明为场效应光晶体管提供了一种新品种。

附图说明