[發明專利]一種基于二維Ga2S3納米片的可彎曲式場效應光電晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201910535061.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110224042A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 李國強;鄭昱林;王文樑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L31/112
• 分類號: H01L31/112;H01L31/0392;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;隆翔鷹

本發明公開了一種基于二維Ga₂S₃納米片的可彎曲式場效應光電晶體管及其制備方法。所述可彎曲式場效應光電晶體管，自下至上依次包括柔性襯底、二維Ga₂S₃納米片，且所述二維Ga₂S₃納米片層的上方設有源電極、漏電極和柵電極；柵電極設置在源電極和漏電極之間。本發明提供了一種在SiO₂/Si襯底上直接用CVD法直接外延生長大面積Ga₂S₃材料，再通過機械剝離轉移實現了柔性化可彎曲式場效應光電晶體管的制備，制備方法具有工藝簡單、省時高效以及能耗低的特點，有利于規模化生產。本發明的場效應光電晶體管可應用于智能穿戴、彎曲顯示、工業自動控制、可見光通信等領域，經濟效益可觀。

技術領域

本發明屬于微電子器件領域，涉及半導體器件及其制備工藝，具體涉及一種基于二維Ga₂S₃納米片的可彎曲式場效應光電晶體管及其制備方法。

背景技術

柔性、可彎曲、可折疊化半導體微電子器件以其輕質、靈活柔韌和智能高效等特點將對未來智能穿戴、彎曲顯示、可植入器械等帶來變革發展。在眾多微電子器件中，場效應光電晶體管因其在邏輯電路、工業自動控制、可見光通信和紅外成像等各個領域都具有巨大的應用潛力，在過去幾十年來受到了全世界眾多研究者的特別關注。實現柔性化場效應光電晶體管的關鍵技術難點在于材料的二維化。

近年來，具有層狀結構的二維材料在柔性微電子器件應用上的潛在可能性使其受到越來越多的重視，此外，二維材料與目前的薄膜微制造技術更兼容，并更容易制造成復雜結構。硫化鎵（Gallium(III) Sulfide，Ga₂S₃）屬于III-VI類層狀化合物，每一層晶體結構為六方纖鋅礦型結構，空間群為P63mc，晶格參數a=b=3.685 ?，c=6.028 ?。層間相互作用以弱范德華力為主，而層間成鍵力本質上是共價的。Ga₂S₃被認為是一種很有前途的近藍色發光器件和場發射器件的材料，它在300 K時間接帶隙為2.95 eV，直接帶隙為3.25 eV。采用機械解理法可以有效地獲得二維晶體結構的單層或少層Ga₂S₃納米片，再轉移至其他柔性襯底上即可用于制做相關柔性微電子器件。

然而，類似的可彎曲柔性化的二維Ga₂S₃基場效應光電晶體管還未報道，技術難點在于Ga₂S₃納米片的合成方法和二維Ga₂S₃的轉移工藝，以往研究采用溶液熱和水熱法合成Ga₂S₃，但是通常得到一些形貌不可控的團聚晶體，難以被機械剝離制備大面積二維Ga₂S₃納米片。化學氣相沉積法（CVD）是使反應物在氣體狀態下發生物理變化或者化學反應，最后在冷卻沉積在基板上凝聚長大形成納米結構的方法。用該法可制備出純度高、均勻性好、大尺寸的二維半導體，如石墨烯、二硫化鉬等，因此，采用CVD法可以有效制備大面積Ga₂S₃納米片。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種基于二維Ga₂S₃納米片的可彎曲式場效應光電晶體管及其制備方法。該制備方法工藝簡單，能耗低，省時高效。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。