[發(fā)明專利]一種二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310580576.5
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103681940A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林時勝;李文淵;張金石
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0352;H01L31/0296;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場效應光晶體管及其制造方法，尤其是二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

光晶體管是由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構(gòu)成的光電器件。光在這類器件的有源區(qū)內(nèi)被吸收，產(chǎn)生光生載流子，通過內(nèi)部電放大機構(gòu)，產(chǎn)生光電流增益，光晶體管三端工作，故容易實現(xiàn)電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（CaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關(guān)器件。雙極型光晶體管通常增益很高，對于GaAs-GaAlAs，放大系數(shù)可大于1000，響應時間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場效應光晶體管響應速度快(約為50皮秒)，常用作極高速光探測器。與此相關(guān)還有許多其他平面型光電器件，其特點均是速度快（響應時間幾十皮秒）、適于集成。

目前，在光探測領(lǐng)域最新的研究成果是基于量子點調(diào)控的光晶體管。這種光晶體管可以提供比較高的光增益，并且有比較小的暗電流。據(jù)報道，有鋁摻雜的氧化鋅（AZO）和PbS量子點的光晶體管混合結(jié)構(gòu)對紅外光的吸收強烈，可以用于紅外波段光電探測器的制作；基于石墨烯-PbS量子點混合而得到的光電MOS管，具有10⁸電子/光子的量子效率和10⁷A/W的高靈敏度，最低可探測10^-15?W的光強；而單壁碳納米管與量子點的混合光晶體管結(jié)構(gòu)增強了光的斯塔效應。對量子點混合結(jié)構(gòu)光晶體管的研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為光探測領(lǐng)域提供一種使用半導體材料二硫化鉬而構(gòu)建的二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應晶體管其制造方法，為場效應光晶體管提供一種新品種。

本發(fā)明的二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管，自下而上依次有Si層和SiO₂層的Si/SiO₂復合晶片、n層二硫化鉬層，n=1-4、兩塊在同一水平面上彼此相隔的金電極、在兩塊金電極之間有ZnO量子點層，ZnO量子點層中的ZnO量子點的直徑為3-8nm。

通常，Si/SiO₂復合晶片的SiO₂層的厚度為30-300nm，Si層厚度為200μm。ZnO量子點層的厚度為10-500nm。

本發(fā)明的二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管的制造方法，包括如下步驟：

1）使用微機械力方法，用膠帶從二硫化鉬晶體上剝離n層二硫化鉬，n=1-4，再將二硫化鉬黏貼到清洗干凈的Si/SiO₂復合晶片的SiO₂層上；

2）在二硫化鉬層上旋涂質(zhì)量濃度1%-10%的聚甲基丙烯酸甲酯，采用電子束曝光法在聚甲基丙烯酸甲酯涂層上刻蝕出金電極圖形；

3）采用電子束蒸發(fā)方法，在刻蝕的金電極圖形上依次沉積5nmNi和20-100nmAu，作為場效應光晶體管的源極和漏極；

4)將4.83g?ZnSO₄溶于去離子水中，配成濃度為0.12mol/L的ZnSO₄水溶液；然后加入0.8-1.2g十二烷基苯磺酸鈉和0.8-1.2ml正己烷配置成混合溶液，把配制的混合溶液放置超聲器中，在超聲狀態(tài)下將濃度為10%的氨水滴入上述混合溶液中，直到溶液中的Zn離子完全沉淀下來，過濾，依次用去離子水和乙醇清洗，取沉淀，烘干，然后在700℃下加熱3小時，自然冷卻至常溫，將所得產(chǎn)物溶于水中，得到分散有ZnO量子點的水溶液；

5）采用旋涂的方法將步驟4）制得的ZnO量子點溶液涂覆到二塊金電極之間的二硫化鉬層上，得到二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管。

本發(fā)明制備過程中，清洗Si/SiO₂復合晶片可以是先依次用去離子水、丙酮和異丙醇清洗，然后再用O₂：Ar=1:1的混合等離子氣體清洗。

上述步驟2）的電子束曝光刻蝕的曝光時間為1-2s、顯影時間40s-1min。步驟3）的電子束蒸發(fā)過程中，氣壓控制在5×10^-3Pa以下。

二硫化鉬具有二維晶體結(jié)構(gòu)，表面平整，是一種類似于石墨烯結(jié)構(gòu)的半導體，其禁帶寬度為1.87eV。利用二硫化鉬和ZnO量子點混合，可以制造出二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應晶體管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的二硫化鉬-氧化鋅量子點混合場效應光晶體管中二硫化鉬層受到Si背柵電極的調(diào)控，利用光致激發(fā)ZnO量子點構(gòu)建成場效應晶體管。本發(fā)明為場效應光晶體管提供了一種新品種。

附圖說明