[发明专利]一种可控的热焊接法制备高性能场效应晶体管的方法

说明书

本发明公开了一种可控的热焊接法制备高性能场效应晶体管的方法，采用溶液法制备ZrO₂高k介质薄膜；采用静电纺丝技术制备纳米纤维网络，通过高温煅烧，利用热蒸发沉积源漏电极。本发明的有益效果是可以在大面积衬底上获得分布均匀的纳米纤维。

技术领域

本发明属于静电纺丝纳米纤维场效应晶体管制备技术领域，涉及一种制备高性能、低功耗场效应晶体管的方法。

背景技术

无机电子材料到目前为止仍然是微电子工业最重要的材料。第一代晶体管就是基于Ge材料的点接触晶体管，且Ge三极管的导通电阻只有0.2-0.3V，正向导通电阻只有几百欧姆；硅在晶体管的应用过程中占据绝对的主导地位，极大地促进了第三次科技革命的进程，是整个半导体业的重要组成部分；砷化镓由于电子迁移率比硅大7倍，使其在微波器件和高速数字电路方面得到了重要应用；氮化镓在电源转换和功率密度方面比硅有了性能的飞跃，使其逐渐应用到服务器、逆变器、通讯电源等终端领域。但是制备基于以上材料的器件都需要复杂的工艺过程，严格的制备环境和昂贵的制备成本。因此，经过对半导体材料不断的探究，科学家提出了以宽禁带的金属氧化物来代替传统的半导体材料(Nature 432,488,2004)。金属氧化物除了传统无机半导体材料的固有特性外，还有高透过率、易于实现大面积与柔性制备、制备工艺简单以及成本低廉等优势。此外，金属氧化物半导体的制备工艺与硅材料兼容、选材范围广，在产业化应用方面拥有广阔的发展空间和发展价值。

由于具有纳米尺度的直径、较大的长度/直径比和比表面积，以及不同于大块样品的熔点、磁学、光学、导电、导热等理化特性，一维纳米结构材料比如纳米线/粒/管/片/棒、碳纳米管、和高分子纳米纤维等是目前纳米科学的研究热点，它们在高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、传感器、过滤装置、高效能量转化器件、巨磁阻效应、纳米复合材料以及生物医学等领域有广阔的应用前景(Chem.Soc.Rev.41,5285,2012)。一维纳米结构材料的制备方法包括电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法、自组装的溶液生长法、电子束曝光、离子束刻蚀以及静电纺丝法等。相比较之下，静电纺丝(Electrospinning)被认为是一种简单有效的、可纺物质种类繁多、工艺可控、纺丝成本低廉、可大规模制备均匀、连续的纳米材料的方法(Adv.Mater.16,1151,2004)，已成为制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺。聚合物的溶液或者熔体在强电场的作用下，针头处的液滴会由球形逐渐变为锥形(即“泰勒锥”)。当超过某一临界值后，进一步激发形成射流并在空气中急剧震荡和鞭动，从而拉伸细化，最终沉降在收集板上。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物纤维，具有操作简单和适用性强等优点。近年来，随着纳米技术的日新月异，静电纺丝也获得了快速发展，在此期间，静电纺丝的发展大致经历了以下四个阶段：第一阶段主要是研究各种聚合物的可纺性,纺丝工艺参数对纤维直径、性能的影响及对工艺参数的优化等；第二阶段主要研究电纺纳米纤维成分的多样化,以及对结构的精准调控；第三个阶段主要研究了电纺在能源、生物医学、光电、环境等领域的应用；第四阶段主要研究纺纤维的量产问题。上述四个阶段相互交融，并没有明显的界线。使用静电纺丝法制备一维纳米材料已成为科研人员广泛关注的课题(Prog.Polym.Sci.38,963,2013)。