[发明专利]一种应用于场效应晶体管半导体材料的二维复合氢氧化物微米晶体及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种应用于场效应晶体管半导体材料的二维复合氢氧化物微晶及其制备工艺，并探讨了其导电性与材料的层板组成、金属离子类型、层间阴离子类型的关系。大尺寸、单分散的LDHs微米片的合成以及电极制备工艺可简要概括为以下步骤：(1)制备得到大尺寸、单分散的二维无机纳米复合氢氧化物微晶；(2)采用电子束刻蚀与蒸镀工艺制备成半导体场效应晶体管器件。本发明的优点在于，采用改进的回流法，合成出了不同类型的大尺寸、单分散的二维LDHs单晶微米片，并首次将其应用于场效应晶体管的沟道材料，极大拓展了此类材料在半导体电学领域的应用潜力，同时对于此类二维材料在电化学催化、超级电容器等领域的应用提供了一定的指导依据。

技术领域

本发明属于化学合成和电子器件领域，特别是提供了一种大尺寸、单分散的应用于场效应晶体管半导体材料的二维复合氢氧化物微米晶体及其制备工艺。

背景技术

近年来，二维层状材料由于其新颖的物理化学性质而不断受到人们关注，基于此类材料特殊的结构特点，其在电，光，催化等领域的应用也不断被报道。在典型的电子学领域，二维材料的几何形态可操作性更强，在半导体行业更易直接兼容设备设计和操作处理，这可以克服一维结构本质上不同直径，不同长度，甚至不同电子性质的局限性。

层状过渡金属氧化物和氢氧化物是无机二维层状材料的一支庞大家族，由于其优异的理化性质以及可操作性强等特点而越来越引起工程技术领域和材料领域的广泛兴趣。然而与其他已体现出良好电子学性能和应用前景的二维材料(如石墨烯，六方氮化硼，过渡金属硫化物等)相比，层状过渡金属氧化物和氢氧化物的电子学和半导体性能的相关报道非常稀少，这是与此类材料在其他领域(如光学、化学、生物医药等)的蓬勃发展是不相称的。层状复合双金属氢氧化物(简称LDHs)即是这类材料的典型代表，该类材料的化学式可以表述为：M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O，其中M2+＝Mg2+,Fe2+,Co2+,Ni2+,Zn2+,等；M3+＝Al3+,Fe3+,Co3+,等；An-＝CO32-,NO3-,Cl-,ClO4-,及其他功能性的有机阴离子。从其结构式可以看出，该类材料的可调变性十分广泛，例如层板金属阳离子类型、M2+/M3+的比值、层间客体阴离子的种类以及比例等等。也正是基于这些多调变性，该类材料已经在环境、催化、光化学、生物科学方面有了良好的应用。除此之外，LDHs在光电催化，以及电化学储能方面的应用也有所报道。在该领域，充分了解LDHs材料的导电特性和半导体性能对于获得LDHs基电极以及电化学催化的选材是非常重要的。然而，关于对LDHs的详细的电学性能参数(如开启电压，半导体特性曲线，场效应特性等)至今未见报道，这已极大抑制了LDHs材料在未来半导体及相关领域中的应用。同时，当前缺乏获得大尺度的LDHs晶体的制备工艺也限制了半导体和场效应器件的加工。