[发明专利]一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管及其制备方法，包括上至下设置的顶部源电极层、顶部漏电极层，纳米纤维结构的载流子沟道层、介电层、底栅电极层和基底；所述纳米纤维结构的载流子沟道层为采用溶胶法制备的直径约100~300 nm的氧化锌锡细丝簇；制备方法包括：a）基底清洗；b）制备底栅电极层；c）制备氧化铪介电层；d）制备纳米纤维结构的载流子沟道层；e）制备顶部源电极层、顶部漏电极层。本案采用溶胶法制备纳米纤维（NF）细丝，操作简单方便，易控制分布与方向，成本低，有较高的均一性，可大规模工业应用；具有环保、高迁移率等优点；可应用于柔性可穿戴电路领域；整个器件呈透明色，具有较好的光学领域应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域，具体是一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管及其基于溶胶法的制备工艺。

背景技术

近些年来，伴随这人们对先进电子器件的需求越来越高，场效应晶体管（FET）器件也逐渐吸引了大量的研究，并被视为在现代电子器件应用中最为关键的基础器件之一。

一维纳米结构器件，例如纳米纤维（NF）等等，由于其独特的电学、光学、热学、机械学和磁性特性以及在FET、发光二极管、能源储备、存储器和传感器方面的多元应用潜力，目前已称为研究热点。NF结构FET沟道层为一根或数根纤维状半导体纳米细丝，与传统薄膜结构的FET相比，可有效减少载流子的散射，形成有效的导电沟道。然而，制备NF的传统工艺，如：静电纺丝、蒸发法、磁控法和纳米梳理等等，都具有一定的缺陷，如：难以控制纤维分布、衬底要求高、工艺成本大等等。另一方面，传统的有机物NF半导体材料往往都具有较低的迁移率以及较大的毒性，这也阻碍了NF工艺的发展。

与传统工艺相比，本专利所述的溶胶刷涂法在前驱体源以及成丝的制备方面具有工艺简单、退火温度低、成本低以及可控分布的优点，因此可以应用于柔性衬底上制造柔性器件并且大幅降低生产成本。与此同时，利用比较热门的无铟金属氧化物半导体材料氧化锌锡（ZTO），可制备出高迁移率、高稳定性、低工作电压的薄膜晶体管。同时与有机物相比，该材料更加健康、环保。

发明内容

本发明目的是：本发明针对现有技术纳米纤维（NF）结构场效应晶体管（FET）的不足，提供一种基于氧化锌锡（ZTO）半导体的NFFET及其制备方法，能满足大批量低成本的工业化生产需求。

本发明的技术方案是：一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管，包括上至下设置的顶部源电极层、顶部漏电极层，纳米纤维结构的载流子沟道层、介电层、底栅电极层和基底；所述纳米纤维结构的载流子沟道层为采用溶胶法制备的直径约100~300 nm的氧化锌锡细丝簇。

优选的，所述顶部源电极层、顶部漏电极层和底栅电极层为透明氧化铟锡电极，由水溶液法制作，厚度为50~150 nm，沟道宽长比为10~20。

优选的，所述介电层为基于溶液法制备的透明氧化铪层，由水溶液法制作，厚度为10~30 nm，退火温度为200~300 ℃，单位面积电容为120~170 nF∙cm^-2。

优选的，所述基底为透明柔性材料，厚度为400~600µm。

一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管的制备方法，具体制备步骤包括：

a）基底清洗

将基底进行三次清洗，第三次超声清洗后，用氮气吹干基底；

b）制备底栅电极层

基底进行等离子清洗图案化亲水处理，15~30分钟；

底栅电极层的氧化铟锡前驱体溶液利用In(NO₃)₃·3H₂O与SnCl₂溶于去离子水中制成0.05-0.2mol/L 的溶液，超声清洗10-25 分钟；