[發(fā)明專利]一種雙極性薄膜晶體管及其制備方法

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111416040A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周曄;王燕;韓素婷;廖秋凡;呂子玉;周黎
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 吳志益;王永文

本發(fā)明公開了一種雙極性薄膜晶體管，其中，自下而上依次包括：襯底、柵電極層、柵極絕緣層、無機半導體層、有機半導體層、源極和漏極，所述無機半導體層由金屬氧化物薄膜構(gòu)成，所述有機半導體層由有機聚合物薄膜構(gòu)成，所述金屬氧化物薄膜覆蓋于所述柵極絕緣層上，所述有機半導體層覆蓋于所述無機半導體層上，所述有機半導體層上間隔設(shè)置有源極和漏極。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)金屬氧化物薄膜和有機聚合物薄膜中的載流子濃度到合適水平，并在制備薄膜的過程中適當控制各界面處的缺陷形成，制備出性能較優(yōu)的雙極性薄膜場晶體管，并可實現(xiàn)通過特定的柵極脈沖電壓模擬刺激輸入模擬突觸功能，使得無論源漏電壓處于何種偏置狀態(tài)，均能通過柵極電壓的調(diào)整實現(xiàn)晶體管器件的增強和抑制模式的突觸模擬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙極性薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

突觸器件是指一類能通過一定條件實現(xiàn)權(quán)重改變從而具有模擬突觸功能的仿生電子器件,目前已經(jīng)有多種電子器件能夠用來實現(xiàn)突觸功能的模擬甚至是進行簡單的神經(jīng)計算模擬，例如，具有閃存結(jié)構(gòu)的場效應晶體管。

對于種類繁多的場效應晶體管而言，其本質(zhì)的工作特點在于可由外加電場調(diào)節(jié)導電溝道中的載流子濃度來實現(xiàn)器件的開關(guān)特性。又因絕大多數(shù)情況下絕緣層與半導體材料界面之間以及半導體材料自身存在多種缺陷，且這些缺陷在電荷的傳輸過程中會捕獲載流子從而改變外加場的作用而引起內(nèi)部載流子濃度的變化，最終可實現(xiàn)由柵極信號來模擬刺激而實現(xiàn)相應的突觸性能。此外，由于除石墨烯等少數(shù)自身能實現(xiàn)電子和空穴都可作為多數(shù)載流子進行傳導的材料外，其他多數(shù)半導體材料應用在器件中時往往都只能實現(xiàn)電子或空穴二者之一進行電荷傳輸?shù)妮d流子，即有n型和p型之區(qū)別。基于此，當場效應晶體管結(jié)構(gòu)的器件在應用于人工神經(jīng)突觸模擬時，往往只能根據(jù)其半導體材料的載流子類型實現(xiàn)一個方向上的抑制和增強作用，而外部的柵極脈沖也需作出相應的設(shè)置，這使得其在大規(guī)模集成時可能會面臨設(shè)計上的限制。

因此現(xiàn)有技術(shù)還有待改進。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種雙極性薄膜晶體管，旨在克服場效應晶體管模擬突觸功能時僅能實現(xiàn)一個方向上的抑制和增強作用的問題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種雙極性薄膜晶體管，其中，自下而上依次包括：襯底、柵電極層、柵極絕緣層、無機半導體層、有機半導體層、源極和漏極，所述無機半導體層由金屬氧化物薄膜構(gòu)成，所述有機半導體層由有機聚合物薄膜構(gòu)成，所述金屬氧化物薄膜覆蓋于所述柵極絕緣層上，所述有機半導體層覆蓋于所述無機半導體層上，所述有機半導體層上間隔設(shè)置有源極和漏極。

所述的雙極性薄膜晶體管，其中，所述無機半導體層由氧化鋅薄膜構(gòu)成。

所述的雙極性薄膜晶體管，其中，所述有機半導體層由聚并二噻吩吡咯并吡咯二酮噻吩薄膜構(gòu)成。

所述的雙極性薄膜晶體管，其中，所述無機半導體層和有機半導體層的厚度均為30-100nm。

所述的雙極性薄膜晶體管，其中，所述襯底材料采用重摻雜硅片，所述重摻雜硅片同時用作所述柵電極層，所述重摻雜的硅片上具有二氧化硅氧化層，所述二氧化硅氧化層用作所述柵極絕緣層。

6.一種權(quán)利要求1～5中任一項所述的雙極性薄膜晶體管的制備方法，其中，包括如下步驟：

a)、選取具有預設(shè)厚度氧化層的重摻雜硅片作為襯底，并對所述襯底進行預處理；

b)、在經(jīng)過預處理的所述襯底上表面旋涂無機半導體層的第一前驅(qū)體溶液，并退火以制備所述無機半導體層；

c)、在所述無機半導體層的上表面旋涂有機半導體層的第二前驅(qū)體溶液，并退火以制備所述有機半導體層；

d)、通過金屬掩膜板法在有機半導體層上蒸鍍源漏電極，使得源漏電極間隔布置于所述有機半導體層表面。