[发明专利]一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管领域，特别涉及一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。例如高电流密度(超过109A/cm²)、出色的热导率(约6600W/m·K)和高光透明度(超过90％)。由于这些显著的性质，人们把碳纳米管，特别是单壁纳米管，用于薄膜晶体管中。

现有的碳纳米管薄膜晶体管一般采用重掺硅片进行制作。具体如图1所示，碳纳米管薄膜晶体管以硅片作为衬底及栅极，所述硅片上设置一层二氧化硅作为栅极绝缘层；于栅极绝缘层上再设置一层碳纳米管作为半导体层，最后在碳纳米管制成的有源层上制作源极和漏极。

由于目前碳薄膜晶体管仍处于研发阶段，为了保证其器件性能，采用了刚性衬底，阻碍了其在柔性器件中的应用。而且，现有方法制备的单壁碳纳米管中，约三分之二的碳纳米管为半导体性，约三分之一的碳纳米管为金属性，两者共存大大限制了薄膜晶体管的电学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法，所述碳纳米管薄膜晶体管具有较高的电学性能。

本发明公开了一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于所述栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极，所述半导体层为依次设置的聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层，所述聚3-己基噻吩层设置于有机绝缘层与碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间。

优选的，所述衬底为柔性衬底。

优选的，所述柔性衬底为丝素蛋白柔性衬底。

优选的，所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层由聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管制成。

优选的，所述聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管中，所述半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上。

本发明还公开了一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

制备衬底；

在所述衬底上制备栅极；

在所述栅极表面形成有机绝缘层；

在所述有机绝缘层上制备聚3-己基噻吩层；

所述聚3-己基噻吩层上制备碳纳米管聚3-己基噻吩混合层；

在所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层上形成源极和漏极，得到碳纳米管薄膜晶体管。

优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，真空退火，然后在室温真空条件下静置。

优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，在25～240℃下真空退火5～15分钟，然后在室温真空条件下静置。

优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，在25～240℃下真空退火5～15分钟，然后在室温真空条件下静置20～30小时。

优选的，所述制备碳纳米管聚3-己基噻吩混合层的方法为：

将单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中，超声混合后，离心分离，得到聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管；

将聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管溶于有机溶剂后，涂覆在聚3-己基噻吩层表面，干燥后，得到碳纳米管聚3-己基噻吩混合层。

优选的，所述制备聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管的方法包括：

将单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中，超声混合后，离心分离，所述离心的转速为13000～15000转，离心时间为5～10分钟，得到聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管，其中所述半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上。

优选的，所述单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩的体积比(8～15)：1。

优选的，所述制备衬底的方法为：在弹性橡胶上利用溶液法制备丝素蛋白柔性衬底。

优选的，还包括，在制备形成源极和漏极后，剥离弹性橡胶。