[发明专利]氮化碳薄膜场效应晶体管

说明书

本发明属于半导体技术领域，公开了一种氮化碳薄膜场效应晶体管。所述的场效应晶体管自下而上包括：栅极，介质层，氮化碳沟道层，以及分布于氮化碳沟道层上两侧的源极和漏极；其中介质层将栅极和氮化碳沟道层完全隔开；栅极与介质层一起构成了晶体管的衬底。氮化碳沟道层是通过前驱体升华原位聚合法沉积在介质层上的，然后制备源极和漏极，得到氮化碳场效应晶体管。这类氮化碳晶体管所用材料廉价易得，低污染，可大规模生产，能在有机光电器件领域有一定的应用意义。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种氮化碳薄膜场效应晶体管。

背景技术

现今，大多数集成电路都是基于硅的，然而，随着集成电路特征尺寸的逐渐减小，现有的硅材料和工艺已接近它们的物理极限，遇到了严峻的挑战。有机半导体材料与传统材料不同，具备一系列特有的物理和化学性质。其不受尺寸限制，制备流程相对简易，条件要求不高。同时，其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究，而其在有机发光、有机太阳能电池、有机存储设备等众多领域也具有潜在的应用前景。举例说明，在2001年，美国国际商用机器（IBM）公司率先用碳纳米管开发了有机晶体管，其晶体管的性能甚至比传统的硅材料更优秀（Science, 2001, 292, 706-709）。而在2002年，美国康奈尔大学和哈佛大学的科学家成功将大小相当于单个有机分子的原子团簇置于两个电极之间，制造出大小仅为1nm左右的晶体管（Nature, 2002, 417, 722-725）。虽然其展现出非常大的潜在优势，但到目前为止，其制备手段仍非常有限。

氮化碳是有机半导体材料，其制备手段容易。传统的氮化碳材料的带隙约为2.7eV，其结构设计和调整相对较容易，能根据要求制备不一样电子特性的薄膜，所以具备应用于电子设备的潜能。这类氮化碳材料与之前报道的一系列无机二维半导体材料相比(Nat.Commun., 2015, 6, 6486; Nat. Commun. 2016, 7, 13461, 13894; J. Am. Chem.Soc., 2017, 139, 11666-11669) 具有非常紧密的分子结构，这样能够保证电子迁移率。而另一方面，与石墨烯纳米片相比，其半导体带隙能够保证其开关的明显区别。本发明针对氮化碳作为沟道层，开发了场效应晶体管，首次实现了其在这方面的应用的可行性，具备商业化生产的价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮化碳薄膜场效应晶体管。本发明将氮化碳作为沟道层，改善了有机场效应晶体管的性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

氮化碳薄膜场效应晶体管，自下而上包括：栅极，介质层，氮化碳沟道层，以及分布于氮化碳沟道层上两侧的源极和漏极；其中介质层将栅极和氮化碳沟道层完全隔开；栅极与介质层一起构成了晶体管的衬底。

所述氮化碳沟道层的制备方法为：将氮化碳的前驱体装入耐高温反应器中，将衬底置于反应器出口，介质层面朝出口；通过气相升华原位聚合法，在衬底上沉积氮化碳薄膜；所述的氮化碳的前驱体包括三聚氰胺，三聚硫氰酸，尿素，硫脲，氨基硫脲，硫氰酸氨，草酰氨，甲基胍胺，二聚氰胺中的一种或几种；在氮化碳的前驱体中还可以引入具有给电子和或吸电子能力的单体化合物来改变氮化碳的半导体特性，所述的具有给电子或吸电子能力的单体化合物包括苯环、吡啶、噻吩、二氨基马来腈中的一种；具有给电子或吸电子能力的单体化合物的加入量为氮化碳的前驱体的0.01 wt%-10 wt%。

所述的介质层厚度≤100纳米；所述的介质层材料包括SiO₂、SiN、Al₂O₃中的一种或多种。

所述源极与所述氮化碳沟道层形成欧姆接触。

所述漏极与所述氮化碳沟道层形成欧姆接触。

本发明的有益效果在于：