[发明专利]一种透明钙钛矿薄膜晶体管

说明书

本发明公开了一种透明钙钛矿薄膜晶体管，其包括透明衬底、源电极、漏电极、栅电极、插入层、半导体层，铁电介电层；所述插入层为透明金属氧化物，置于源、漏电极与半导体层之间；铁电介电层位于栅电极与半导体层之间；所述半导体层为透明钙钛矿薄膜。通过在源、漏电极与透明钙钛矿薄膜间插入一层金属氧化物薄膜作为电子注入层以降低电子注入势垒，提升电子注入效率；同时采用铁电材料作为介电层以抑制透明钙钛矿薄膜的离子迁移引起的栅电压屏蔽效应；在此基础上制备的透明钙钛矿薄膜晶体管能在室温下工作，且稳定性佳。

技术领域

本发明属于有机-无机杂化钙钛矿有机场效应晶体管领域,更具体地，涉及透明钙钛矿薄膜晶体管的制备。

背景技术

近年来，有机-无机杂化钙钛矿作为可溶液处理的半导体材料，引起了广泛的关注。第一性原理理论计算表明，有机-无机杂化钙钛矿的体迁移率高达10-100cm²V^-1S^-1。其较高的载流子迁移率，较长的载流子扩散长度使其具有良好的光学性能和电学性能。同时，这种材料较高的吸收系数，可调的带隙，可低温溶液处理的特点，使其在光电器件领域有着广泛的应用前景。

MAPbCl₃是一种典型的有机-无机杂化钙钛矿，其具有较宽的带隙(2.9eV),不吸收可见光，呈现透明半导体的性质，在透明电子器件领域有很好的应用前景。然而，由于钙钛矿材料的离子屏蔽效应，常用的薄膜晶体管制备方法所制作晶体管在室温下很难能有效工作。此外，对于透明钙钛矿薄膜如MAPbCl₃薄膜，其带隙较宽，金-半接触势垒较大，使得电子无法有效注入到MAPbCl₃中传输，因此很难制备出常温下可以稳定工作的透明钙钛矿薄膜晶体管。尽管此前有关于MAPbCl₃的单晶晶体管的研究报道(US10749120B2)，但单晶器件无法大面积制备，应用价值有限。基于MAPbCl₃的薄膜晶体管，为非单晶器件，故可大面积制备，具有很高的应用价值，然而，目前尚未见有MAPbCl₃薄膜晶体管的相关报道。因此，开发在室温下可正常工作的透明的钙钛矿薄膜晶体管具有十分重要的科学意义和应用价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种室温下可正常工作的透明钙钛矿薄膜晶体管及其制备方法。即通过在源、漏电极与透明钙钛矿薄膜间插入一层金属氧化物薄膜作为电子注入层以降低电子注入势垒，提升电子注入效率；同时采用铁电材料作为介电层以抑制透明钙钛矿薄膜的离子迁移引起的栅电压屏蔽效应；在此基础上制备的透明钙钛矿薄膜晶体管能在室温下工作，且稳定性佳。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

一种透明钙钛矿薄膜晶体管，其特征在于，包括透明衬底、源电极、漏电极、栅电极、插入层、半导体层，铁电介电层；所述插入层为透明金属氧化物，置于源、漏电极与半导体层之间；铁电介电层位于栅电极与半导体层之间；所述半导体层为透明钙钛矿薄膜。

进一步的，所述金属氧化物为二氧化锡，二氧化钛或氧化锌。

进一步的，所述铁电介电层为PVDF-TrFE。

进一步的，所述钙钛矿为MAPbCl₃。

进一步的，所述铁电介电层厚度为400-600nm，太薄的话容易导致漏电，太厚的话电容小，影响器件的栅调控能力。

进一步的，所述插入层的厚度为5-10nm，太薄将导致插入层不连续，太厚将会影响其上生长的钙钛矿薄膜质量。

上述技术方案具有如下技术效果：