一種基于金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控薄膜晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控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(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于信息存儲(chǔ)、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(chǔ)、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(zhēng)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(chǔ)、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(chǎng)效應(yīng)晶體管存在對(duì)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(wèn)題。并且，隨著人們對(duì)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(chǎng)效應(yīng)晶體管已難以滿足當(dāng)今信息社會(huì)對(duì)高靈敏度、高開關(guān)頻率和開關(guān)速度的薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的需求。
[0003]近年來(lái)，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)半導(dǎo)體量子點(diǎn)膠體通過(guò)自組裝緊密堆積實(shí)現(xiàn)量子限域電子或空穴波函數(shù)的有效交疊和重合，將會(huì)形成一種新型的“人造固體”，這種人造固體不僅保留了量子點(diǎn)材料性能獨(dú)特的可調(diào)性，同時(shí)，這種人造固體半導(dǎo)體材料也具有較高的載流子迀移率和電傳導(dǎo)能力。這將為基于低成本、大面積溶液制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)膠體有效組裝，從而制備出新型基于量子點(diǎn)導(dǎo)電溝道光控薄膜晶體管提供了可能。此外，由于貴重金屬材料表面和界面存在獨(dú)特的等離子體激元，通過(guò)優(yōu)化貴金屬材料結(jié)構(gòu)形狀及其表面隔離殼層的厚度等，其表面等離子體外界光場(chǎng)或電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)幾十倍甚至上千倍劇增，因此，這為通過(guò)金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控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]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控薄膜晶體管的制備方法，本發(fā)明的制備方法新穎，制作成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，可充分利用金屬量子點(diǎn)等離子激元對(duì)于光場(chǎng)或電場(chǎng)增強(qiáng)調(diào)控效應(yīng)及其半導(dǎo)體量子點(diǎn)膜層的量子尺寸效應(yīng)，從而有效提高了光控金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的靈敏度。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控薄膜晶體管的制備方法，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)置于襯底硅表面的二氧化硅膜； 步驟S2:制備CdSe量子點(diǎn)溶液與金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)溶液，將得到的金屬量子點(diǎn)核作為等離子激元增強(qiáng)中心，將金屬量子點(diǎn)外包有機(jī)高分子殼作為隔離層；并在所述硅/二氧化硅襯底上制備一金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層，用以作為導(dǎo)電溝道;
步驟S3:在覆蓋有所述金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層的硅/ 二氧化硅襯底上制備金屬電極，得到金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控薄膜晶體管的源極和漏極；
步驟S4:采用有機(jī)物封裝，制備出基于光控金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合導(dǎo)電溝道的薄膜晶體管，采用光照手段控制導(dǎo)電溝道載流子濃度。
[0006]進(jìn)一步地，所述步驟S2的具體方法包括以下步驟:
步驟S21:制備CdSe量子點(diǎn)溶液的具體方法為:將氧化鎘粉末、1-十四基磷酸以及三正丁基氧化膦排空加熱條件下混合后制備成鎘前驅(qū)體溶液；在惰性氣體保護(hù)下將砸粉末溶于三丁基膦中，制備得到砸前驅(qū)體溶液；將砸前驅(qū)體溶液注入至鎘前驅(qū)體溶液中生產(chǎn)混合溶液，將混合溶液降溫至一第一溫度后并保溫一定時(shí)間；保溫一定時(shí)間后移除熱源并將混合溶液冷卻降溫至一第二溫度，向所述混合溶液中注入甲醇溶液，得到相應(yīng)的納米晶沉淀，并經(jīng)過(guò)離心、清洗得到CdSe量子點(diǎn)的氯仿或者甲苯溶液；
步驟S22:制備金屬量子點(diǎn)溶液:將包括硝酸銀與HAuC14的含金屬離子化合物、亞油酸鈉、無(wú)水乙醇以及亞油酸混合攪拌后依次通過(guò)水熱反應(yīng)、反復(fù)采用去離子水或無(wú)水乙醇高速離心清洗處理得到反應(yīng)產(chǎn)物，最后將所述反應(yīng)產(chǎn)物分散到環(huán)己烷中即可得到相應(yīng)的金屬量子點(diǎn)溶液；
步驟S23:制備金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)溶液:將聚酰胺酸溶液與金屬量子點(diǎn)溶液按照比例混合浸泡一定時(shí)間后高速離心，并將表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金屬量子點(diǎn)并采用階梯熱處理溫度實(shí)現(xiàn)聚酰胺酸的聚酰亞胺化，通過(guò)浸泡、高速離心分離和熱處理聚酰亞胺化工藝多次循環(huán)控制金屬量子點(diǎn)表面的聚酰亞胺殼層厚度，形成金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)，并將金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)分散到環(huán)己烷中即可得到金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)溶液；
步驟S24:制備金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層:將硅/ 二氧化硅襯底采用硫酸/雙氧水溶液高溫清洗，再用去離子水清洗2-3次，并采用旋涂工藝將所述步驟S23中制備出的金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)溶液與所述步驟S21中制備出的CdSe量子點(diǎn)溶液按照比例混合后旋涂成膜，在二氧化硅膜表面形成一層金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層，制得覆蓋有金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底。
[0007]進(jìn)一步地，所述步驟S21中鎘前驅(qū)體溶液的制備溫度為240°C -360°C ;砸前驅(qū)體溶液的制備溫度為100-220°C ;混合溶液的生成溫度為250°C -330°C ;混合溶液保溫時(shí)間為lmin-20min ;第一溫度為220°C -270°C ;第二溫度為80°C -140°C ;所述CdSe量子點(diǎn)氯仿或者甲苯溶液中CdSe量子點(diǎn)濃度為5?10個(gè)/cm3。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟S22中金屬離子化合物:亞油酸鈉:無(wú)水乙醇:亞油酸=0.3-1.0:1.0-2.0:5-15:0.5-2.5 ;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(shí)間為30min-400min ;所述金屬量子點(diǎn)溶液中金屬量子點(diǎn)濃度為-10-20 個(gè) /cm3。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟S23中聚酰胺酸溶液與金屬量子點(diǎn)溶液溶液比例為1-4:1 ；混合溶液浸泡時(shí)間為0.5h-24h;所述的階梯溫度熱處理方式為:120°C /lh,180oC /lh，250°C /lh，300°C /lh ;循環(huán)工藝次數(shù)為1-5次。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟S24中所述娃/ 二氧化娃襯底的面積為IcmX Icm ;金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)溶液與CdSe量子點(diǎn)溶液混合比例為1:1-4 ;金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)與CdSe量子點(diǎn)混合溶液旋涂工藝轉(zhuǎn)數(shù)為1000-5000rpm。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟S3的具體方法為:在覆蓋有金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層的硅/ 二氧化硅襯底上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/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)光控薄膜晶體管的源極和漏極。
[0012]較佳的，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有金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層的硅/ 二氧化硅襯底的表面，再在其表面進(jìn)行蒸鍍；所述源極與漏極設(shè)置于復(fù)合膜層表面，所述的源極和漏極面積均為200 μπιΧ300 μπι，間距為 10 ?50 μ m。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟S4的具體方法為:采用有機(jī)物封裝工藝，將聚酰胺酸溶液旋涂在覆蓋有金屬/有機(jī)殼核量子點(diǎn)-半導(dǎo)體量子點(diǎn)復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底表面成膜，并采用階梯溫度