[發明專利]一種氮化硼-硒化鎘量子點混合場效應光晶體管及其制造方法

無效

• 申請號: 201310580655.6
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103681939A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 林時勝;李文淵;張金石
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/112
• 分類號: H01L31/112;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種場效應光晶體管及其制造方法，尤其是氮化硼-硒化鎘量子點混合場效應光晶體管及其制造方法。

背景技術

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成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益，光晶體管三端工作，故容易實現電控或電同步。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器件。雙極型光晶體管通常增益很高，對于GaAs-GaAlAs，放大系數可大于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，在光探測領域最新的研究成果是基于量子點調控的光晶體管。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。據報道，有鋁摻雜的氧化鋅（AZO）和PbS量子點的光晶體管混合結構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構增強了光的斯塔效應。對量子點混合結構光晶體管的研究具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為光探測領域提供一種可使寬禁帶絕緣體材料氮化硼在光摻雜下變為導體的氮化硼-硒化鎘量子點混合場效應光晶體管及其制造方法，為場效應光晶體管提供一種新品種。

本發明的氮化硼-硒化鎘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層氮化硼層，n=1-8、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CdSe量子點層，CdSe量子點層中的CdSe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。CdSe量子點層的厚度為10-600nm。

本發明的氮化硼-硒化鎘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，用膠帶從六方氮化硼晶體上剝離n層氮化硼，n=1-8，再將氮化硼黏貼到清洗干凈的Si/SiO₂復合晶片的SiO₂層上；

2）在氮化硼層上旋涂質量濃度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）將丙烯酸羥丙酯充分溶解于氧化三辛基膦中，得到氧化三辛基膦丙烯酸羥丙酯混合溶液，混合溶液中丙烯酸羥丙酯的質量濃度為8%；將Se、Cd(CH₃)₂和三丁基膦按質量比1:2:38混合，得到儲備液，將0.5-2ml儲備液倒入加熱至360℃的2-4g上述氧化三辛基膦丙烯酸羥丙酯混合溶液中，保持360℃溫度不變，反應0.1-1小時，自然冷卻至室溫，得到CdSe量子點溶液；

5）采用旋涂的方法將步驟4）制得的CdSe量子點溶液涂覆到二塊金電極之間的氮化硼層上，得到氮化硼-硒化鎘量子點混合場效應光晶體管。

本發明制備過程中，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）的電子束蒸發過程中，氣壓控制在5×10^-3Pa以下。

六方氮化硼具有二維晶體結構，表面平整，是一種寬禁帶絕緣體，其具有5.6eV的禁帶寬度，是一種不易導電的絕緣體。利用氮化硼和CdSe量子點混合，可以促使絕緣體材料導電。

本發明的氮化硼-硒化鎘量子點混合場效應光晶體管中氮化硼層受到Si背柵電極的調控，利用光致激發可以促使寬禁帶絕緣體材料氮化硼導電，實現絕緣體材料向導體材料的轉化過程。本發明為場效應光晶體管提供了一種新品種。

附圖說明