[發明專利]一種基于毛細凝聚現象的納米纖維焊接方法

有效

• 申請號: 201810158136.3
• 申請日: 2018-02-25
• 公開（公告）號: CN108417640B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 單福凱;孟優;崔友朝;劉國俠
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/46;D01F9/08;D06M11/83;B82Y10/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發明公開了一種基于毛細凝聚現象的納米纖維焊接方法，首先制備ZrO₂高k介質薄膜；再制備納米纖維；對毛細焊接處理；進行高溫煅燒；最后將離子束沉積源漏電極，得到納米纖維場效應晶體管。本發明的有益效果是減少了纖維間的接觸電阻，提高了器件的整體性能。

技術領域

本發明屬于靜電紡絲納米纖維場效應晶體管技術領域，涉及一種新型的基于毛細凝聚現象的納米纖維焊接方法和高性能的靜電紡絲納米纖維晶體管的制備方法。

背景技術

最近一、二十年，伴隨著納米科技的崛起，一維納米材料已成為科學研究的熱點之一；憑借其獨特的物理結構，展現出了優于塊材和薄膜的電、磁、力、熱、光等物理及化學特性(Chem.Soc.Rev.41,5285,2012)。物理、化學氣相沉積技術憑借其高質量的單晶制備工藝、精確的組分控制已成為目前科學研究的首選。但是這項技術需要昂貴的設備、苛刻的真空生長環境、所制備的產品尺寸較小，這些特點無疑增加了生產成本并且限制其大面積生產和應用。相比之下，靜電紡絲(Electrospinning)工藝具有獨特的優點：1)不需要昂貴的實驗設備，在大氣環境中即可進行，生產成本低；2)產量高，可大面積成膜，能夠滿足未來產業化的需求；3)經過前驅體調控，很容易定量均勻的摻入目標元素，實現分子水平上的均勻摻雜；4)可以原位制作光電子器件，避免了復雜的轉移過程。因此，憑借上述優勢，靜電紡絲技術有望在未來替代各種一維納米材料制備技術成為產業上生產一維納米材料的主流制備工藝(Adv.Mater.16,1151,2004)。

盡管研究人員付出了大量的努力，但是靜電紡絲納米纖維場效應晶體管的器件性能還是差強人意。無論是有機半導體材料還是金屬氧化物半導體材料，已報道的器件性能都遠小于應用要求，極大的壓制了這個極被看好的研究方向的發展。根據我們對器件結構的分析，性能低劣的主要原因是半導體納米纖維間的接觸電阻。電紡納米纖維的相互交疊會形成一種三維網絡結構，不良的電子接觸顯然會造成器件性能的惡化。現有的納米纖維焊接技術主要是熱壓焊接和化學交聯焊接。然而，熱壓焊接很難應用到熔點較高的聚合物材料，比如聚酰亞胺；交聯焊接所使用的交聯劑對自然環境和人體健康是有害的。至今，并沒有一種簡單易行、應用范圍廣泛和環保的焊接辦法，來解決納米纖維的不良電子接觸。

毛細凝聚是一種神奇的自然現象，也被科學家廣泛研究，用來實現干燥環境集水、可控水傳輸和納米結構組裝等。根據開爾文公式和眾多的科學研究，在小的結構尺度上，即使沒有達到飽和蒸氣壓，液體的毛細凝聚也是會發生的。納米纖維間的空隙具有極小的結構尺度，完全可以實現空隙處的蒸汽凝聚。因此設計一種基于毛細凝聚現象的納米纖維焊接方法和高性能的靜電紡絲納米纖維晶體管的制備方法是完全可行的，具有良好的經濟效益和社會效益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于毛細凝聚現象的納米纖維焊接方法，本發明的有益效果是通過納米纖維間的蒸汽凝聚實現納米纖維的焊接，減少了纖維間的接觸電阻，提高了器件的整體性能。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：制備ZrO₂高k介質薄膜；

先將硝酸鋯加入乙二醇甲醚中，配制ZrO₂介電層前驅體溶液，在磁力攪拌器中旋轉，得到純凈透明的介電層前驅體溶液；采用單面拋光P型低阻硅作為襯底，用氫氟酸、丙酮和酒精依次對低阻硅襯底超聲波清洗，再用去離子水沖洗后用高純氮氣吹干備用；使用勻膠機在P型低阻硅襯底上旋涂ZrO₂介電層前驅體溶液，放置于烤膠臺上烘烤，再進行高溫退火，得到ZrO₂高k介質薄膜；

步驟2：制備納米纖維；