[发明专利]一种二维全无机钙钛矿晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种以二维全无机钙钛矿材料为半导体层的钙钛矿晶体管，自下而上包括衬底(1)、绝缘层(3)和半导体层(5)，绝缘层(3)中包裹有栅电极(2)，半导体层(5)中包裹有对称的源漏电极(4)，其特征在于，半导体层(5)采用二维全无机钙钛矿材料，以提升载流子迁移率和器件稳定性；

所述二维全无机钙钛矿材料，采用Cs₂PbX₄型钙钛矿的任意一种，其中，X为I^-以及Br^-、Cl^-、(I_nBr_1-n)^-、(Cl_nI_1-n)^-、(Cl_nBr_1-n)^-、(I_1-n-mBr_nCl_m)^-中的任意一种离子，m与n在0-1之间。

2.根据权利要求1所述的二维全无机钙钛矿晶体管，其特征在于，衬底(1)采用的材料包括但不限于玻璃Glass与晶硅材料。

3.根据权利要求1所述的二维全无机钙钛矿晶体管，其特征在于，栅电极(2)采用金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、氧化铟锡ITO以及硅电极中的任意一种，厚度为50-300nm。

4.根据权利要求1所述的二维全无机钙钛矿晶体管，其特征在于，绝缘层(3)是二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、以及氧化铪中的任意一种，厚度为50-500nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对称的源漏电极(4)均采用金Au、银Ag、铜Cu、铝Al以及氧化铟锡ITO的任意一种，厚度均为50-300nm。

6.一种以二维全无机钙钛矿材料为半导体层的钙钛矿晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下：

1)配制二维全无机钙钛矿前驱体溶液：

将满足0.5-2.5M Cs₂PbX₄配比的碘化铯CsI、溴化铯CsBr、氯化铯CsCl、碘化铅PbI₂、溴化铅PbBr₂、氯化铅PbCl₂这六种材料中的至少两种溶解于二甲基亚砜DMSO或二甲基甲酰胺DMF溶剂中，然后将其放置在60-80℃的热板上加热并搅拌5-10小时，得到二维全无机钙钛矿Cs₂PbX₄前驱体溶液；

2)对衬底依次进行清洗和紫外臭氧的表面预处理；

3)使用真空蒸镀法或电子束蒸发法或磁控溅射法，将金Au、银Ag、铜Cu、铝Al和氧化铟锡ITO中的任意一种材料通过掩膜版沉积到预处理后的衬底表面，得到栅电极；

4)使用热氧化法在硅衬底上制备二氧化硅，得到绝缘层，或使用原子层沉积ALD或磁控溅射法，在衬底与栅电极之上沉积氮化硅、氧化铝、氧化锆以及氧化铪中的任意一种氧化物材料，得到绝缘层；

5)使用真空蒸镀法或电子束蒸发法或磁控溅射法，将金Au、银Ag、铜Cu、铝Al和氧化铟锡ITO中的任意一种材料通过掩膜版沉积到绝缘层上，得到对称的源漏电极；

6)在1-2个大气压惰性气体环境的手套箱设备内，采用溶液涂布法，将二维全无机钙钛矿Cs₂PbX₄前驱体溶液涂布于制备好的源漏电极以及绝缘层上方，并对涂布后的器件进行100-350℃的退火处理10-30分钟，得到半导体层，完成二维全无机钙钛矿晶体管的制备。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，2)中对衬底依次进行清洗和紫外臭氧的表面预处理，实现如下：

2a)将衬底1依次放入去离子水、丙酮、酒精中使用超声清洗仪在50摄氏度下进行清洗，每一步的清洗时间分别为20分钟，15分钟，20分钟；

2b)将超声清洗过的衬底使用氮气吹干表面，并使用紫外臭氧UV-Ozone设备对衬底表面进行紫外光照射和臭氧清洗20分钟，得到预处好理后的衬底。