一種金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料與器件領(lǐng)域，特別是一種金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對于信息存儲、傳遞及其處理的依賴程度日益增加。而半導(dǎo)體器件和工藝技術(shù)作為信息的存儲、傳遞及其處理的主要載體和物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)已成為眾多科學(xué)家爭相研宄的熱點(diǎn)。薄膜晶體管，作為一種非常重要的半導(dǎo)體器件，在信息存儲、傳遞和處理等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。然而，截至目前為止，現(xiàn)有大規(guī)模使用薄膜晶體管，是一種基于微電子硅工藝的半導(dǎo)體器件。這種傳統(tǒng)的基于硅微電子工藝薄膜場效應(yīng)晶體管存在對設(shè)備要求高，制備工藝復(fù)雜，成本較高和器件整體性能有限，靈敏度、開關(guān)頻率和速度有限等問題。并且，隨著人們對于高性能薄膜晶體管要求的逐步提升，基于微電子硅工藝的薄膜場效應(yīng)晶體管已難以滿足當(dāng)今信息社會對高靈敏度、高開關(guān)頻率和開關(guān)速度的薄膜場效應(yīng)晶體管的需求。
[0003]近年來，納晶材料或量子點(diǎn)材料因其具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)量子尺寸效應(yīng)，為控制材料性能提供了除控制其化學(xué)組成之外的另一有效手段。尤其是當(dāng)濃度較低的金屬量子點(diǎn)膠體通過旋涂工藝在硅/ 二氧化硅襯底或ITO玻璃基片襯底上形成分布均勻、相對孤立的島狀結(jié)構(gòu)，由于這種金屬量子點(diǎn)材料非常高迀移率和電傳導(dǎo)能力，這種島狀分布結(jié)構(gòu)將有效降低了電子在導(dǎo)電溝道中阻礙作用，大大提升了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電溝道中電子迀移率，這將為制備金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管提供了可能。此外，由于非連續(xù)島狀金屬量子點(diǎn)在復(fù)合導(dǎo)電溝道中分布，將間接縮短了晶體管的有效溝道長度，從而很大程度上可以有效提升這種金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的輸入特性和轉(zhuǎn)移特性，因此，這為通過金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道的新型薄膜晶體管制備提供了一種可能和新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法，制備方法新，制作成本低，制備工藝簡單，精確可控。
[0005]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法，具體包括以下步驟:
步驟S1:選取一硅/ 二氧化硅襯底，所述的硅/ 二氧化硅襯底包括襯底硅以及設(shè)置于襯娃表面的二氧化娃膜；
步驟S2:利用旋涂成膜工藝在所述硅/ 二氧化硅襯底表面制備金屬量子點(diǎn)層；
步驟S3:制備有機(jī)半導(dǎo)體層，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層，并將所述的金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層作為導(dǎo)電溝道； 步驟S4:在步驟S3得到的覆蓋有金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/ 二氧化硅襯底上制備金屬電極，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極；
步驟S5:采用有機(jī)物封裝，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟S2具體包括以下步驟:
步驟S21:制備金屬量子點(diǎn)溶液:將包括硝酸銀以及HAuC14的含金屬離子化合物、亞油酸鈉、無水乙醇、亞油酸和去離子水混合攪拌后依次通過水熱反應(yīng)、反復(fù)采用去離子水以及無水乙醇高速離心清洗處理，最后分散到環(huán)己烷溶液中，得到相應(yīng)的金屬量子點(diǎn)溶液；
步驟S22:制備金屬量子點(diǎn)層:將所述硅/ 二氧化硅襯底采用包含硫酸以及雙氧水的溶液高溫清洗，并采用旋涂工藝將步驟S21制備的金屬量子點(diǎn)溶液旋涂成膜，在硅/ 二氧化硅襯底的二氧化硅膜表面形成一層金屬量子點(diǎn)膜層，得到覆蓋金屬量子點(diǎn)層的樣片。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟S3具體為:將有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液旋涂在覆蓋了金屬量子點(diǎn)層的硅/ 二氧化硅襯底上，并采用熱處理固化所述的有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液，在硅/ 二氧化硅襯底的金屬量子點(diǎn)層上制備有機(jī)半導(dǎo)體層，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟S4具體為:在具有金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底的復(fù)合膜層表面以及襯底背面分別采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝形成Cr/Au復(fù)合金屬電極，分別作為金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟S5具體為:將聚酰胺酸溶液旋涂在具有金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層以及金屬電極的硅/二氧化硅襯底的有機(jī)半導(dǎo)體層表面形成膜，并采用階梯溫度熱處理方式實(shí)現(xiàn)聚酰胺酸的聚酰亞胺化，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管。
[0010]進(jìn)一步的，其中金屬離子化合物:亞油酸鈉:無水乙醇:亞油酸=0.3-1.0:1.0-2.0:5-15:0.5-2.5 ;混合攪拌后的溶液總體積占水熱反應(yīng)釜的40%_60% ;水熱反應(yīng)溫度為20°C _200°C;水熱處理時間為30min-400min ;所述金屬量子點(diǎn)溶液中金屬量子點(diǎn)濃度為3-10個/cm3。
[0011]進(jìn)一步的，所述娃/ 二氧化娃襯底面積為IcmXlcm ;其中二氧化娃膜作為金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的絕緣層，所述二氧化硅膜的厚度為30-300nm ;步驟S22中所述旋涂工藝轉(zhuǎn)數(shù)為1000_5000rpm。
[0012]進(jìn)一步的，所述有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液包括并五苯、PED0T/PSS ;其中所述將有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液旋涂在覆蓋了金屬量子點(diǎn)層的硅/二氧化硅襯底上的旋涂工藝轉(zhuǎn)數(shù)為1000-3000rpm ;所述的熱處理溫度為80-150°C，所述的熱處理時間為0.5-3.0h，所述的有機(jī)半導(dǎo)體層厚度為5nm-30nm。
[0013]進(jìn)一步的，所述圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝為采用圖形化的金屬掩膜覆蓋具有金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底的復(fù)合膜層表面以及襯底背面，再在其表面進(jìn)行蒸鍍；所述的源極、漏極和柵極面積均為200 μ mX 300 μ m，所述源極與漏極設(shè)置于復(fù)合膜層表面，間距為10-50 μ m，所述的柵極設(shè)置于襯底背面。
[0014]進(jìn)一步的，所述階梯溫度熱處理方式為120°C /I h，180°C /I h，250°C/l h，300°C/I h0
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于常規(guī)的旋涂成膜工藝技術(shù)制備出金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道，并進(jìn)一步通過旋涂有機(jī)物實(shí)現(xiàn)對金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道的有效封裝和保護(hù)，從而制備出新型的金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管。本發(fā)明制備方法新穎，制作成本低，制備工藝簡單，器件性能靈活可控。所制備的晶體管具有特殊金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道層，因此，可充分利用金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合材料對于薄膜晶體管導(dǎo)電溝道長度的調(diào)控效應(yīng)及其金屬量子點(diǎn)的量子尺寸效應(yīng)，從而有效提高了金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道晶體管的靈敏度和輸出轉(zhuǎn)移特性，因此，在新型光電器件中將具有非常重要的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的硅/ 二氧化硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的涂覆了金屬量子點(diǎn)后的硅/二氧化硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的涂覆了金屬量子點(diǎn)層和有機(jī)半導(dǎo)體層后的硅/二氧化硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的涂覆了金屬量子點(diǎn)層、有機(jī)半導(dǎo)體層并鍍電極后的硅/ 二氧化硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的封裝后的金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明的金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的工作原理示意圖。
[0018][主要組件符號說明]
I為襯底硅，2為硅表面二氧化硅膜，3為涂覆形成的金屬量子點(diǎn)膜層，4為涂覆形成的有機(jī)半