[发明专利]一种全透明异质结光晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种全透明异质结光晶体管及其制备方法。该全透明异质结光晶体管采用顶栅垂直结构，从下自上依次设置有基底、漏极、氧化物半导体层、可见光吸光层、网状源极、绝缘层和栅极，所述绝缘层的一侧设置有源极接触电极。本发明提供的垂直结构异质结光晶体管可以实现紫外到可见光的宽光谱探测。该垂直结构异质结光晶体管具有超短的载流子传输沟道和大的激子分离界面，并借助金属氧化物半导体高的载流子迁移率，可以实现超高光电性能。该垂直结构的全透明异质结光晶体管有望广泛用于全光谱光探测器、光突触等领域。

技术领域

本发明属于电子材料及器件技术领域，涉及一种全透明异质结光晶体管及其制备方法。

背景技术

全透明异质结光晶体管是一种利用金属氧化物半导体材料与有机半导体材料、量子点、钙钛矿材料结合制备的半导体一种光探测器件。金属氧化物半导体材料具备较高的载流子迁移率，可用于这种垂直异质结结构的半导体层，并且金属氧化物半导体材料通常具备较大的光学带宽，因此可以用来吸收紫外光。有机材料、量子点、钙钛矿材料的光学带宽一般较窄，可以用作吸收可见光材料。

传统平面结构异质结光晶体管的器件尺寸大、功耗高、机械鲁棒性差、环境稳定性不好。采用垂直结构的异质结光晶体管，其载流子传输沟道为可见光吸收层和半导体层的厚度之和，大大缩短了载流子运输时间和被捕获的概率，可以有效的提高光晶体管性能。此外，由于载流子的垂直传输方向导致器件具有出色的机械鲁棒性。并且这种顶栅垂直结构异质结光晶体管器件可以有效地避免半导体层和吸光层材料与空气接触，从而提高器件的环境稳定性。目前，尚无关于垂直结构的全透明异质结光晶体管的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全透明异质结光晶体管及其制备方法，该垂直结构异质结光晶体管突破了传统工艺对尺寸的限制，可以实现全光谱光探测获得高的光电性能和出色的机械鲁棒性，另外可以实现较好的环境稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种全透明异质结光晶体管，其为顶栅垂直结构，从下自上依次设置有基底、漏极、氧化物半导体层、可见光吸光层、网状源极、绝缘层和栅极，所述绝缘层的一侧设置有源极接触电极；所述基底为玻璃，所述绝缘层为氧化铝或PVP，所述网状源极为金属纳米线或碳纳米管，所述可见光吸光层为有机半导体材料、量子点材料或钙钛矿材料，所述氧化物半导体层为金属氧化物半导体。

进一步地，所述漏极和氧化物半导体层均采用磁控溅射工艺制备得到。

进一步地，所述可见光吸光层采用旋涂工艺沉积制备得到，其厚度为30-50nm。

进一步地，所述磁控溅射工艺制备氧化物半导体层所用靶材为氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、氧化铟镓或氧化铟镓锌，其厚度为30-50nm。

进一步地，所述网状源极采用旋涂工艺沉积制备得到。

进一步地，所述绝缘层采用原子层沉积技术或旋涂工艺制备得到，其厚度为100~150nm。

进一步地，所述源极接触电极和栅极是采用磁控溅射工艺同步沉积制备得到的。

上述全透明异质结光晶体管的制备方法，包括以下步骤：

（1）在玻璃基底上采用磁控溅射工艺制备漏极；

（2）采用磁控溅射工艺，在漏极上沉积金属氧化物半导体并退火，得到氧化物半导体层；

（3）采用旋涂工艺，在氧化物半导体层上制备可见光吸光层薄膜并退火，得到可见光吸光层；

（4）采用旋涂工艺，在可见光吸光层上沉积网状电极；

（5）采用原子层沉积工艺或旋涂工艺在网状源极上制备绝缘层；

（6）采用磁控溅射工艺，分别在网状源极和绝缘层上同步沉积源极接触电极和栅极。