[发明专利]基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底（1）、Au栅电极（3）、HfO₂绝缘层（5）和黑磷薄片（6）；黑磷薄片（6）上设有Au漏电极（7）和Au源电极（8），所述PET柔性衬底（1）与Au栅电极（3）之间设有PDMS层（2），Au栅电极（3）与HfO₂绝缘层（5）之间设有TiO₂缓冲层（4）。本发明不仅保证具有良好的输出特性的性能，而且工艺易于控制，成本低。

技术领域

本发明涉及一种晶体管领域，特别是一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法。

背景技术

黑磷自被发现以来，以其优异的性能引起了研究者们的极大关注。尤其是高迁移率的特点使其成为射频器件的关键材料。众所周知，当二维黑磷材料厚度小于7.5nm时，其漏电流调制幅度为10⁵量级，I-V特征曲线展现出良好的电流饱和效应。晶体管电荷载流子迁移率还呈现出厚度依赖性，当二维黑磷厚度10nm时，获得最高的迁移率~1,000cm²V^-1s^-1，由此表明二维黑磷场效应晶体管具有极高的应用潜力，而常规的场效应晶体管大部分是基于硬质材料如单晶硅等，也有部分采用柔性效应晶体管的，但是存在步骤复杂，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

本发明的目的在于，提供一种基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管及制备方法。本发明不仅保证具有良好的输出特性的性能，而且工艺易于控制，成本低。

本发明的技术方案：基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管，其特征在于：包括依次设置的PET柔性衬底、Au栅电极、HfO₂绝缘层和黑磷薄片；黑磷薄片上设有Au漏电极和Au源电极，所述PET柔性衬底与Au栅电极之间设有PDMS层，Au栅电极与HfO₂绝缘层之间设有TiO₂缓冲层。

前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述PDMS层的厚度为1-2μm。

前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述Au栅电极的厚度为95-105 nm。

前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述TiO₂缓冲层的厚度为1-2nm。

前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管中，所述HfO₂绝缘层的厚度为28-32nm 。

前述的基于PET柔性衬底的背栅黑磷场效应晶体管的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：

A、用超声清洗PET柔性衬底上表面，在其上表面旋涂一层PDMS并加热以获得光滑表面；

B、用电子束蒸镀仪在光滑表面上蒸镀一层Au形成Au栅电极；

C、在Au栅电极上表面通过电子束蒸镀仪蒸镀一层Ti，然后放入烘干机通入O₂加热氧化以获得TiO₂缓冲层；

D、在TiO2缓冲层上表面通过采用原子层沉积方法获得一层HfO₂绝缘层；

E、通过机械剥离法获得黑磷薄片作为晶体管的半导体层，并转移到HfO₂绝缘层上表面上；

F、在黑磷薄片上打印两个Au电极作为Au源电极、Au漏电极。