[发明专利]稳定的以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管及制备方法，特别是关于一种稳定的以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管及制备方法。

背景技术

目前，有机微纳单晶场效应晶体管制备中栅极绝缘层起着至关重要的作用。有机微纳单晶晶体管的栅极绝缘体主要限于二氧化硅或OTS修饰的二氧化硅。半导体与绝缘层间的接触界面对传感器器件的性能具有至关重要的影响。接触界面上，普遍存在载流子束缚、电荷掺杂、分子(或原子)重构、偶极子的形成以及在半导体/绝缘层界面上发生化学相互作用等现象，从而降低传感器器件的性能。

2004年，Rogers和Podzorov的研究小组设计了新的场效应晶体管器件结构，他们把空气、氮气以及其他气体作为有机单晶晶体管的绝缘层，其场效应晶体管器件显示出良好的性能。胡文平的小组把这种方法扩展到一维微纳大小的晶体中。通过使用机械探头在硅衬底上的PMMA上刻出气体绝缘层间隙，单根单晶微纳酞菁铜作为半导体层，并采用金膜贴合法制作源漏电极，成功构筑了P型、N型气体间隙绝缘层的单晶微纳器件，所有器件表现出良好的性能。与固体接触器件不同，在应用气体作为绝缘层时，半导体与绝缘层间没有刚性的接触，避免了制备过程中微纳单晶与绝缘层接触对导电沟道的损伤；同时，采用气体作为绝缘层，在任何情况下绝缘层与半导体都具有良好的接触质量，从而能够极大地提高器件制备的成功率、改善器件性能。测试结果证实气体绝缘层器件的迟滞效应及其微弱，具有比固态绝缘层更好的光电稳定性和更高的器件性能，然而，在气体间隙上方的纳米线，由于具有良好的机械柔性，当施加栅极偏压时，在感应电场的作用下，容易塌陷到栅极上，导致器件无法正常工作。这些问题限制了气体间隙场效应晶体管实际应用中的发展脚步。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种稳定的以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管及制备方法，其结构稳定，避免了纳米线在感应电场的作用下塌陷，并导致器件无法工作的关键性问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种稳定的以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管，其特征在于它包括栅极、支撑层、源漏电极、微纳单晶半导体和气体间隙绝缘层；所述栅极为衬底，所述栅极上部设置有所述支撑层，所述支撑层上部两侧各设置有一个所述源漏电极，在两所述源漏电极之间设置有所述微纳单晶半导体；位于两所述源漏电极之间的所述微纳单晶半导体下方，在所述支撑层上纵向间隔设置有若干沟道，相邻沟道之间形成沟槽；由所述栅极上部、所述微纳单晶半导体下部和所述支撑层中间的沟槽构成若干个所述气体间隙绝缘层。

优选地，所述栅极表层具有导电特性，导电要求是所述栅极本身导电，或是在所述栅极表层设置有导电薄膜。

优选地，所述气体间隙绝缘层的宽度为2-5微米。

优选地，以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管器件采用微纳单晶单根或单晶多根材料制作，或采用不同的微纳单晶制作。

一种稳定的以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)对衬底进行清洗，将有机绝缘材料溶解到溶剂中；2)将配置好的溶液滴到衬底上后进行旋涂，随后放置在热板上进行烘干；3)最终获得支撑层的厚度为100-500nm，通过电子束曝光或光刻技术制备等间距的沟槽，每一个沟槽宽度在2-5微米；4)挑选微纳晶体宽度在40-2000nm的一维微纳材料，采用机械探针移动的方法，将微纳晶体移动到沟槽的正上方，使微纳晶体横跨沟道宽度方向摆放；5)采用金片贴膜电极法制备源漏电极。

优选地，所述步骤1)中，溶剂不能侵蚀衬底，有机绝缘材料为PMMA、AZ1505或MOR3B，溶剂为丙酮、茴香醚、四氢呋喃或二甲基甲酰胺。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管，避免了纳米线在感应电场的作用下塌陷问题，使场效应晶体管结构更稳定。2、本发明在纳米线的长度足够长的情况下，场效应晶体管的气体间隙绝缘层可以做到很多。

附图说明

图1是本发明以气体为绝缘层的纳米线场效应晶体管整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。