[發明專利]穩定的以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管及制備方法

在審

• 申請號: 201610237551.9
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105742347A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 塔力哈爾·夏依木拉提;李文亮;彭敏;馮艷;謝寧
• 申請（專利權）人: 塔力哈爾·夏依木拉提
• 主分類號: H01L29/772
• 分類號: H01L29/772;H01L29/10;H01L21/335;B82Y10/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

技術領域

本發明涉及一種場效應晶體管及制備方法，特別是關于一種穩定的以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管及制備方法。

背景技術

目前，有機微納單晶場效應晶體管制備中柵極絕緣層起著至關重要的作用。有機微納單晶晶體管的柵極絕緣體主要限于二氧化硅或OTS修飾的二氧化硅。半導體與絕緣層間的接觸界面對傳感器器件的性能具有至關重要的影響。接觸界面上，普遍存在載流子束縛、電荷摻雜、分子(或原子)重構、偶極子的形成以及在半導體/絕緣層界面上發生化學相互作用等現象，從而降低傳感器器件的性能。

2004年，Rogers和Podzorov的研究小組設計了新的場效應晶體管器件結構，他們把空氣、氮氣以及其他氣體作為有機單晶晶體管的絕緣層，其場效應晶體管器件顯示出良好的性能。胡文平的小組把這種方法擴展到一維微納大小的晶體中。通過使用機械探頭在硅襯底上的PMMA上刻出氣體絕緣層間隙，單根單晶微納酞菁銅作為半導體層，并采用金膜貼合法制作源漏電極，成功構筑了P型、N型氣體間隙絕緣層的單晶微納器件，所有器件表現出良好的性能。與固體接觸器件不同，在應用氣體作為絕緣層時，半導體與絕緣層間沒有剛性的接觸，避免了制備過程中微納單晶與絕緣層接觸對導電溝道的損傷；同時，采用氣體作為絕緣層，在任何情況下絕緣層與半導體都具有良好的接觸質量，從而能夠極大地提高器件制備的成功率、改善器件性能。測試結果證實氣體絕緣層器件的遲滯效應及其微弱，具有比固態絕緣層更好的光電穩定性和更高的器件性能，然而，在氣體間隙上方的納米線，由于具有良好的機械柔性，當施加柵極偏壓時，在感應電場的作用下，容易塌陷到柵極上，導致器件無法正常工作。這些問題限制了氣體間隙場效應晶體管實際應用中的發展腳步。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種穩定的以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管及制備方法，其結構穩定，避免了納米線在感應電場的作用下塌陷，并導致器件無法工作的關鍵性問題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種穩定的以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管，其特征在于它包括柵極、支撐層、源漏電極、微納單晶半導體和氣體間隙絕緣層；所述柵極為襯底，所述柵極上部設置有所述支撐層，所述支撐層上部兩側各設置有一個所述源漏電極，在兩所述源漏電極之間設置有所述微納單晶半導體；位于兩所述源漏電極之間的所述微納單晶半導體下方，在所述支撐層上縱向間隔設置有若干溝道，相鄰溝道之間形成溝槽；由所述柵極上部、所述微納單晶半導體下部和所述支撐層中間的溝槽構成若干個所述氣體間隙絕緣層。

優選地，所述柵極表層具有導電特性，導電要求是所述柵極本身導電，或是在所述柵極表層設置有導電薄膜。

優選地，所述氣體間隙絕緣層的寬度為2-5微米。

優選地，以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管器件采用微納單晶單根或單晶多根材料制作，或采用不同的微納單晶制作。

一種穩定的以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)對襯底進行清洗，將有機絕緣材料溶解到溶劑中；2)將配置好的溶液滴到襯底上后進行旋涂，隨后放置在熱板上進行烘干；3)最終獲得支撐層的厚度為100-500nm，通過電子束曝光或光刻技術制備等間距的溝槽，每一個溝槽寬度在2-5微米；4)挑選微納晶體寬度在40-2000nm的一維微納材料，采用機械探針移動的方法，將微納晶體移動到溝槽的正上方，使微納晶體橫跨溝道寬度方向擺放；5)采用金片貼膜電極法制備源漏電極。

優選地，所述步驟1)中，溶劑不能侵蝕襯底，有機絕緣材料為PMMA、AZ1505或MOR3B，溶劑為丙酮、茴香醚、四氫呋喃或二甲基甲酰胺。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明采用以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管，避免了納米線在感應電場的作用下塌陷問題，使場效應晶體管結構更穩定。2、本發明在納米線的長度足夠長的情況下，場效應晶體管的氣體間隙絕緣層可以做到很多。

附圖說明

圖1是本發明以氣體為絕緣層的納米線場效應晶體管整體結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。