[发明专利]一种低温环保纳米纤维场效应晶体管的制备方法

说明书

本发明公开了一种低温环保纳米纤维场效应晶体管的制备方法，首先制备二氧化硅绝缘层，配制前驱体溶液，静电纺丝法制备纳米材料，制得一维金属盐/聚合物复合纳米纤维；一维金属盐/聚合物复合纳米纤维放置在高压汞灯下，用高压汞灯产生的UV光处理，处理后得到与衬底具有良好粘附性和界面状态的光处理复合纳米纤维样品；将光处理复合纳米纤维样品进行热退火，形成氧化物纳米纤维；利用热蒸发沉积源漏电极：将铝丝挂在钨丝上，将退火后的氧化物纳米纤维放入蒸发室，抽真空，对钨丝使用电流加热使挂在上面的铝丝蒸镀到氧化物纳米纤维上。本发明的有益效果是通过简单的工艺、低廉的成本、简便的操作，环保的材料，为大面积制备高性能、无毒环保的场效应晶体管提供了可行性方案。

技术领域

本发明属于纳米纤维场效应晶体管制备技术领域，涉及一种简单、低廉、可大面积制备的静电纺丝技术制备低温、无毒、高性能氧化铟(In₂O₃)纳米纤维场效应晶体管的方法。

背景技术

近年来，一维纳米结构吸引了广泛的关注，由于其极大的比表面积，良好的传输特性和独特的晶体结构。到目前为止，制造一维纳米结构的方法主要有静电纺丝法、电化学刻蚀法、水热合成法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、激光消融法等。在这其中，静电纺丝法具有操作简单、成本低廉、可大面积生产等优点，因而广泛应用到无机材料、聚合物材料、复合材料等领域。同时，相比单根的一维纳米结构，静电纺丝技术制备的纳米纤维网络具有性能更稳定，更容易获得，可适当拉伸等优点。其原理是带电聚合物液滴在电场力的作用下，聚集到针尖上，在毛细管的泰勒锥顶点被加速，在足够大的电场力下，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，在喷射过程中被拉伸、干燥，最后落在收集设备上，得到纳米纤维。

金属氧化物近年来得到了广泛的研究，因为其不仅具有无机半导体材料的优点，还具有良好的环境稳定性、较高的可见光透过率、较低的制备温度等特点。在这其中，氧化铟(In₂O₃)因为具有大的本征载流子浓度，宽的带隙，优异的光电特性，引起了人们广泛的关注。潘伟课题组通过静电纺丝法制造出了超长的In₂O₃纳米线，并且对光表现出了较高的灵敏度和响应速度(J.Mater.Chem.C 1,6463,2013)；廖蕾课题组通过不同的金属元素(Mg,Ga,和Al)掺杂In₂O₃成功制备出高性能的纳米纤维场效应晶体管(ACS Nano 7,804,2013)；我们组证明，In₂O₃纳米纤维网络通过一个简单的UV光照处理，器件性能够得到很大的提升(ACS Appl.Mater.Interfaces 9,10805,2017)。然而，绝大多数先前报道的纳米纤维场效应晶体管，要实现良好的器件性能都需要高温退火工艺。并且在之前的研究中，几乎所有的前驱体溶液都使用如：乙二醇甲醚、二甲基甲酰胺等有机溶剂合成。这势必对人体和环境有害，并且额外的添加剂或后续处理步骤也会增加制造成本。

使用适当的溶剂和聚合物对于实现低温、高性能器件是至关重要的。水作为溶剂符合当前环境意识，相比其他有机溶剂，水溶剂被认为更健康，更安全，更环保。最重要的是，因为金属阳离子和相邻水离子之间的配位键相对较弱(静电相互作用)，与乙二醇基溶剂中的共价键相比，它易于被低热能破坏。因此，水溶液合成工艺被认为是一种有发展前景的在低温下制造金属氧化物沟道层技术。聚乙烯醇(PVA)是一种典型的水溶性聚合物，具有优异的性能，如：对氧和油的优异阻隔性，抗静电性和在某些条件下的生物降解性。并且它是一种无毒聚合物，易加工，透水性高。这些特性使聚乙烯醇(PVA)在医疗，制药，化妆品，食品和包装等行业得到了广泛的应用。由于聚乙烯醇中(PVA)存在大量羟基，并且分子间、分子内氢键的存在，使其熔化温度(约230℃)接近其热分解温度(约240℃)。同时，已经证明与其它盐(例如，氯化物和乙酸盐)相比，低成本且容易获得的硝酸盐需要较少的热能即可分解。