[发明专利]柔性场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种柔性场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

目前半导体和微电子行业中的常规电子器件，通常是在硅基底上结合微纳米加工工艺进行制备。这些硅基电子器件在上个世纪后半叶对人类社会的发展发挥了重大的作用，然而随着未来电子产品在便捷性、超薄性、可弯曲性等方面的需求，需要找寻新一代的电子器件和相关制备技术。柔性电子(Flexible Electronics)以其独特的延展性、多元化、低成本等方面的优势，在近几年得到非常迅猛的发展。目前，柔性电子是一种技术的统称，因为处于刚刚发展的阶段。

柔性电子器件的最大特点在于其结构的柔性化，使其既具有传统半导体功能电子器件特点，又使得器件具有适应环境大变形的能力。柔性器件的关键是结构的柔性化设计。以塑料直管和波纹管为例，塑料直管的可拉伸量和弯曲量都很小，但是具有弹性的波纹管通过波纹结构的伸缩特性使得结构具有很大的拉伸和弯曲变形能力。

但是，由于有机半导体其本身的电学等物理特性与硅基半导体相比还有很大的距离，如有机半导体材料的迁移率和器件工作频率比无机半导体低、有机半导体的光电能量转换器件和发光器件转换效率低于无机半导体器等。

近几年来，随着微纳米加工制造水平的的不断提高，以及半导体及材料领域的不断扩展，可以通过不同的高精度制造工艺和方法来来实现柔性电子器件的制备。此类柔性电子器件具有在拉、压、弯和扭等变形下保持良好性能的能力，以及良好的便携性和适应性。

场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，在大规模和超大规模集成电路中被广泛应用。

目前，大部分的场效应晶体管是基于硬质材料如单晶硅等，而柔性效应晶体管由于其具有可弯折性、便捷性的优点，在柔性、大面积、低成本的电子纸、射频商标和存储器件等方面的潜在应用而受到人们的广泛关注。其中，中国专利申请(公开号：CN104051652A)公开了一种基于柔性衬底薄膜晶体管。该专利申请公开了在柔性衬底上利用蒸发、刻蚀的方法制 备以铟镓锌氧化物作为半导体层，虽然该专利实现了在柔性衬底上场效应晶体管的制备，但是在器件制备过程中，仍然要经过刻蚀、光刻等半导体工艺，步骤复杂，成本较高，难以实现柔性化电子器件的大批量、低成本的优势。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柔性场效应晶体管及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明实施例提供了一种柔性场效应晶体管，包括：间隔设置在柔性衬底上且位于同一平面的源极和漏极，所述源极和漏极之间经半导体导电沟道电连接；覆盖于所述半导体导电沟道上的介质层；以及，叠设在所述介质层上的栅极。

进一步的，用于形成所述源极、漏极或栅极的导电材料包括纳米碳材料或金属材料。

所述纳米碳材料包括碳纳米管或石墨烯，但不限于此。

所述金属材料包括Ag、Au或Al，但不限于此。

较为优选的，所述源极、漏极或栅极的厚度为2～50μm。

较为优选的，所述半导体导电沟道主要由碳纳米管或氧化还原石墨烯组成。

进一步的，所述半导体导电沟道采用附着于所述柔性衬底上的碳纳米管膜或氧化还原石墨烯膜。

较为优选的，所述半导体导电沟道的厚度为50nm～10μm。

进一步的，用于形成所述介电层的材料包括聚酰亚胺或三氧化二铝，但不限于此。

较为优选的，所述介电层的厚度为1～50μm。

进一步的，用于形成所述柔性衬底的材料包括聚酰亚胺(PI)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，但不限于此。

较为优选的，所述柔性衬底的厚度为5～50μm。

本发明实施例提供了一种制备所述柔性场效应晶体管的方法，其包括：

a、在硬质衬底形成柔性衬底；

b、在所述柔性衬底上制备形成间隔设置的源极和漏极；

c、在所述源极和漏极之间制备半导体导电沟道，使所述源极和漏极电连接；

d、在所述半导体导电沟道上制备介电层；

e、在所述介电层上制备栅极。

在一些实施方案中，所述的制备方法包括：采用微机电系统技术或印刷电子技术制备所述源极、漏极、介电层或栅极。优选采用微机电系统技术制成所述源极、漏极或栅极。