[發明專利]摩擦電場效應晶體管

有效

• 申請號: 201310534913.7
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104600114B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 張弛;唐偉;張麗敏;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/40
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;陳瀟瀟

摩擦電場效應晶體管屬于柔性電子學器件領域，將摩擦起電效應和半導體效應相結合，利用外力產生摩擦，形成靜電勢作為門極信號，實現對半導體中載流子輸運特性的調控。本發明能夠將器件受到的機械作用轉化為局域電子控制信號，實現了利用摩擦效應產生靜電勢作為柵極電壓調控電子器件中載流子輸運特性的新方法。與傳統場效應晶體管不同，摩擦電場效應晶體管利用摩擦產生電子控制信號，取代了傳統場效應晶體管中的門電極，實現了外力與電子器件的直接交互，具有較寬的外力傳感范圍，將廣泛應用于人機交互、傳感器、柔性電子學等領域。

技術領域

本發明屬于柔性電子學器件領域，特別是涉及一種摩擦電場效應晶體管。

背景技術

場效應晶體管的核心技術是通過利用門電壓來控制元件中的電流輸運過程。雖然場效應晶體管技術十分成熟，但鑒于器件單元的三端結構，通常需要比較復雜的集成手段，并且基于此類技術制成的壓力傳感器件缺乏外界環境與電子器件直接作用交互的機制。

納米發電機是近年來的研究熱點。其中，摩擦型發電機利用了摩擦起電和靜電感應的原理，將兩種鍍有電極的摩擦薄膜貼合在一起組成器件，在外力作用下器件產生機械形變，導致兩層薄膜之間發生相互摩擦，從而產生電荷分離并形成電勢差。兩個金屬極板作為發電機的電能輸出端，通過靜電感應可以在表面生成感應電荷，感應電荷在摩擦電電勢驅動下流經外電路形成電流。摩擦型發電機的研制，既能作為微納器件的功率源，又能作為自供能主動式壓力傳感器，可為個人電子產品、環境監控、醫學科學等提供自供電和自驅動設備，有著巨大的商用和實用潛力，也將為柔性電子學的研究和應用開辟新的領域。但是，所有的這些應用利用的都是納米發電機對外電路輸出的電信號，而單純對其摩擦表面之間形成的靜電勢都沒有很好的利用方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種摩擦電場效應晶體管，將摩擦起電效應和半導體效應相結合，利用摩擦引起的靜電勢作為門極門信號來實現對半導體中載流子輸運特性的調控，以減少傳統晶體管中門電極的制備，實現機械壓力與電子器件的直接交互，解決壓電電子晶體管對壓電半導體材料的依賴和外力傳感范圍較小等問題。

為實現上述目的，本發明提供一種摩擦電場效應晶體管，包括：半導體層、在該半導體層上分隔設置的源電極和漏電極、在該半導體層的相對兩側分別設置的第一電極層和第二電極層，其特征在于，所述第一電極層與所述半導體層之間能夠形成間距變化的相對運動，所述第二電極層與所述半導體層之間保持歐姆接觸；

優選地，所述第一電極層和第二電極層之間電連接；

優選地，所述半導體層為N型或P型半導體，選自鍺、硅、砷化鎵、磷化鎵、硫化鎘、硫化鋅和氧化鋅；

優選地，所述半導體層為體材料、薄膜、單根納米線或納米線陣列；

優選地，所述半導體層中還包含源極區和漏極區，所述源極區和漏極區為與所述半導體層形成P-N結的半導體，或，與所述半導體層形成肖特基接觸的金屬；所述源電極和漏電極分別位于相互分隔的所述源極區和漏極區之上；

優選地，在所述半導體層的部分上表面上覆蓋有柵絕緣層，所述柵絕緣層位于所述源極區和漏極區之間，并且與所述源極區和漏極區同時接觸；

優選地，所述柵絕緣層與所述第一電極層面對面，并且所述第一電極層與所述柵絕緣層之間能夠形成接觸和分離的相對運動；

優選地，所述第一電極層與柵絕緣層在接觸時能夠覆蓋所述柵絕緣層的全部表面，并且與所述源極區和漏極區不能接觸；

優選地，所述柵絕緣層面向所述第一電極層的表面材料，與，第一電極層面向柵絕緣層的表面材料，具備不同的得失電子能力；