[發明專利]基于導電納米帶電極的微納單晶場效應晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201310218714.5
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103280454A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 童艷紅;湯慶鑫;蔡彬;裴騰飛;程嬌
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01L29/772
• 分類號: H01L29/772;H01L29/43;H01L21/34;H01L51/05;H01L51/10;H01L51/40
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種基于導電納米帶電極的微納單晶場效應晶體管及制備方法，是以摻雜半導體納米帶為電極的微納單晶場效應晶體管的制備方法。

背景技術

近年來，半導體微納單晶的電子器件得到了廣泛的研究，因為當半導體的尺寸縮小到納米級時，其物理和化學性質將發生顯著變化，表現出高比表面積和量子限制效應所產生的獨特性能，而大量應用于太陽能電池、納米級電子器件、激光技術、光波導、生物和化學傳感等領域。微納單晶場效應晶體管作為微納電子器件中的一個重要組成部分成為近些年來的研究熱點之一。

微納單晶場效應晶體管通常由半導體微納單晶，源漏電極，柵極組成。從制備方法來看，如何制備出尺寸與微納單晶相當的電極，并且在保證兩者形成良好接觸的前提下，而又不損害微納單晶的晶體結構成為一個亟待解決的問題。

通常制備電極的方法主要有電子束曝光平板印刷法（Yu?Huang;?Charles?M.Liber;?et?al.?Nano?Lett,2002,2(101)）和聚焦離子束沉積電極(Yunze?Long；Nanlin?Wang;?et?al.?Appl.Phys.Lett.2003,83(1863))兩種方法。但是這兩種方法除了所需設備昂貴，操作過程繁多外還各自存在很大的缺點。對于聚焦離子束沉積電極來說，電極在沉積的過程中會產生大量的金屬離子以及有機物，會污染半導體微納單晶的表面，從而對器件的性能造成影響。而采用電子束曝光平板印刷法，一方面需要在器件的制備過程中使用各種有機溶劑，同樣會污染到半導體微納單晶的表面，改變材料的表面性質，影響器件性能；另一方面在電極的制備過程中所產生的高能電子束會破壞半導體微納單晶的晶格，改變其周期性結構，影響到器件的性能。

為了解決以上問題，研究人員進行了很多的嘗試。王中林組在2003年報道了將乙醇中分散的ZnO納米帶放置于預先用光刻法制備好的電極陣列上，制備出溝道長在127~1079nm之間的頂接觸型場效應晶體管（Michael?S.Arnold，Phaedon?Avouris,?Zheng?Wei?Pan,?and?Zhong?L.?Wang，J.?Phys.?Chem.?B，2003,?107），但是由于接觸質量較差，并且納米帶是由有機溶劑分散等原因使得器件的轉移曲線中許多點都是離散的，同時器件的性能也不太穩定；為了避免納米帶在轉移過程中受到污染和損傷，2006年，胡文平組（Qingxin?Tang?,?Hongxiang?Li,?Wenping?Hu，Adv?Mater，2006,?18）采用在SiO₂絕緣層上原位生長的CuPc納米帶制備出遷移率最高可達0.6?cm²/V·s，閾值電壓在-0.2~-0.6v的高質量場效應晶體管，這種方法不但避免了器件在制備過程中對納米帶的污染和損傷，而且使半導體與絕緣層之間形成良好的接觸界面，從而獲得很好的性能；2007年，胡文平組研發了一種制備有機微納單晶場效應晶體管（專利號200510109071.6）的方法，通過機械轉移的方法來移動有機微納單晶，采用金絲掩膜的方法來蒸鍍電極，制得性能良好，規格可控的有機微納單晶場效應晶體管，這種方法為制備出性能良好以及不同溝道長度和不同金屬電極的有機微納單晶場效應晶體管提供一種新穎有效的方法。但是，后兩種方法依然無法制備出尺寸與微納單晶相當的電極，不利于微納器件未來向小型化和集成化的發展。

另一方面，通常采用的熱蒸發或者電子束蒸發金屬的方法雖然可以制備出接觸質量較好的器件，但是也增加了器件絕緣層漏電的可能性，降低器件的可靠性和穩定性；并且當金屬電極沉積的溫度較高時，一些有機微納單晶的晶體結構將會被破壞使器件失去性能。2011年，Martin?Moskovits?組(Syed?Mubeen,?Martin?Moskovits,?Adv.Mater.2011,23)使用輕壓法將SnO₂納米帶轉移到沉積有Al₂O₃絕緣層的Si片上，通過掩膜蒸鍍的方法沉積Ti/Au電極，制備出可用柵極調控氣敏性能的場效應晶體管，但是器件的漏電流達到10^-11-10^-10量級。對于場效應晶體管而言，較高的漏電流不但會增加器件的功率消耗，而且在長期工作條件下，會增加絕緣層被擊穿的概率，降低器件的可靠性和穩定性。

發明內容