一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它包括柵極、支撐層、源漏電極、微納單晶半導(dǎo)體和氣體間隙絕緣層。柵極為襯底，柵極上部設(shè)置有支撐層，支撐層上部?jī)蓚?cè)各設(shè)置有一個(gè)源漏電極，在兩源漏電極之間設(shè)置有微納單晶半導(dǎo)體；位于兩源漏電極之間的微納單晶半導(dǎo)體下方，在支撐層上縱向間隔設(shè)置有若干溝道，相鄰溝道之間形成溝槽；由柵極上部、微納單晶半導(dǎo)體下部和支撐層中間的溝槽構(gòu)成若干個(gè)氣體間隙絕緣層。本實(shí)用新型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，避免了納米線在感應(yīng)電場(chǎng)的作用下塌陷，并無法正常工作的問題。
【專利說明】
一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，特別是關(guān)于一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管。【背景技術(shù)】
[0002]目前，有機(jī)微納單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備中柵極絕緣層起著至關(guān)重要的作用。有機(jī)微納單晶晶體管的柵極絕緣體主要限于二氧化硅或0TS修飾的二氧化硅。半導(dǎo)體與絕緣層間的接觸界面對(duì)傳感器器件的性能具有至關(guān)重要的影響。接觸界面上，普遍存在載流子束縛、電荷摻雜、分子(或原子)重構(gòu)、偶極子的形成以及在半導(dǎo)體/絕緣層界面上發(fā)生化學(xué)相互作用等現(xiàn)象，從而降低傳感器器件的性能。
[0003]2004年，Rogers和Podzorov的研究小組設(shè)計(jì)了新的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件結(jié)構(gòu)，他們把空氣、氮?dú)庖约捌渌麣怏w作為有機(jī)單晶晶體管的絕緣層，其場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件顯示出良好的性能。胡文平的小組把這種方法擴(kuò)展到一維微納大小的晶體中。通過使用機(jī)械探頭在硅襯底上的PMMA上刻出氣體絕緣層間隙，單根單晶微納酞菁銅作為半導(dǎo)體層，并采用金膜貼合法制作源漏電極，成功構(gòu)筑了 P型、N型氣體間隙絕緣層的單晶微納器件，所有器件表現(xiàn)出良好的性能。與固體接觸器件不同，在應(yīng)用氣體作為絕緣層時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣層間沒有剛性的接觸，避免了制備過程中微納單晶與絕緣層接觸對(duì)導(dǎo)電溝道的損傷；同時(shí)，采用氣體作為絕緣層，在任何情況下絕緣層與半導(dǎo)體都具有良好的接觸質(zhì)量，從而能夠極大地提高器件制備的成功率、改善器件性能。測(cè)試結(jié)果證實(shí)氣體絕緣層器件的遲滯效應(yīng)及其微弱，具有比固態(tài)絕緣層更好的光電穩(wěn)定性和更高的器件性能，然而，在氣體間隙上方的納米線，由于具有良好的機(jī)械柔性，當(dāng)施加?xùn)艠O偏壓時(shí)，在感應(yīng)電場(chǎng)的作用下，容易塌陷到柵極上，導(dǎo)致器件無法正常工作。這些問題限制了氣體間隙場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展腳步。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免了納米線在感應(yīng)電場(chǎng)的作用下塌陷，并導(dǎo)致器件無法工作的關(guān)鍵性問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于它包括柵極、支撐層、源漏電極、微納單晶半導(dǎo)體和氣體間隙絕緣層;所述柵極為襯底，所述柵極上部設(shè)置有所述支撐層，所述支撐層上部?jī)蓚?cè)各設(shè)置有一個(gè)所述源漏電極，在兩所述源漏電極之間設(shè)置有所述微納單晶半導(dǎo)體;位于兩所述源漏電極之間的所述微納單晶半導(dǎo)體下方，在所述支撐層上縱向間隔設(shè)置有若干溝道，相鄰溝道之間形成溝槽；由所述柵極上部、所述微納單晶半導(dǎo)體下部和所述支撐層中間的溝槽構(gòu)成若干個(gè)所述氣體間隙絕緣層。
[0006]優(yōu)選地，所述柵極表層具有導(dǎo)電特性，導(dǎo)電要求是所述柵極本身導(dǎo)電，或是在所述柵極表層設(shè)置有導(dǎo)電薄膜。
[0007]優(yōu)選地，所述氣體間隙絕緣層的寬度為2-5微米。
[0008]優(yōu)選地，以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件采用微納單晶單根或單晶多根材料制作，或采用不同的微納單晶制作。
[0009]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型采用以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，避免了納米線在感應(yīng)電場(chǎng)的作用下塌陷問題，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。2、本實(shí)用新型在納米線的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)的情況下，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的氣體間隙絕緣層可以做到很多。【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管整體結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0012]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 其包括柵極1、支撐層2、源漏電極3、微納單晶半導(dǎo)體4和氣體間隙絕緣層5。柵極1為襯底，柵極1上部設(shè)置有支撐層2,支撐層2上部?jī)蓚?cè)各設(shè)置有一個(gè)源漏電極3,在兩源漏電極3之間設(shè)置有微納單晶半導(dǎo)體4。位于兩源漏電極3之間的微納單晶半導(dǎo)體4下方，在支撐層2上縱向間隔設(shè)置有若干溝道，相鄰溝道之間形成溝槽；由柵極1上部、微納單晶半導(dǎo)體4下部和支撐層2中間的溝槽構(gòu)成若干個(gè)氣體間隙絕緣層5。
[0013]上述實(shí)施例中，柵極1表層具有導(dǎo)電特性，導(dǎo)電要求可以是柵極1本身導(dǎo)電，也可以是在柵極1表層設(shè)置有導(dǎo)電薄膜。
[0014]上述各實(shí)施例中，每一個(gè)氣體間隙絕緣層5的寬度控制在為2-5微米，若氣體間隙絕緣層5的寬度再大可能會(huì)發(fā)生塌陷。支撐層2的厚度為氣體間隙絕緣層5的高度。
[0015]上述各實(shí)施例中，以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件可以用微納單晶單根或單晶多根材料制作，也可以用不同的微納單晶制作。
[0016]根據(jù)上述裝置，本實(shí)用新型還提供一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其具體步驟如下:
[0017]1)對(duì)襯底(柵極)進(jìn)行清洗，將有機(jī)絕緣材料溶解到溶劑中；其中，要求溶劑不侵蝕襯底，有機(jī)絕緣材料為PMMA、AZ1505或M0R3B等光刻膠，溶劑為丙酮、茴香醚、四氫呋喃或二甲基甲酰胺等；
[0018]2)將配置好的溶液滴到襯底上后進(jìn)行旋涂，隨后放置在熱板上進(jìn)行烘干;其中，旋轉(zhuǎn)速度、旋涂時(shí)間和次數(shù)、烘烤溫度以及烘烤時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定；[0〇19]3)最終獲得支撐層的厚度為100-500nm，通過電子束曝光或光刻技術(shù)制備等間距的溝槽，每一個(gè)溝槽寬度在2-5微米；
[0020]4)挑選微納晶體寬度在40-2000nm的一維微納材料，采用機(jī)械探針移動(dòng)的方法，將微納晶體移動(dòng)到溝槽的正上方，使微納晶體橫跨溝道寬度方向擺放；
[0021]5)采用金片貼膜電極法制備源漏電極，完成穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備。
[0022]實(shí)施例，穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的酞菁銅納米帶場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其具體步驟如下:
[0023]1)用標(biāo)準(zhǔn)硅片清洗工藝清洗玻璃柵極，隨后用光刻的方法，制備Ti/Au電極作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的柵極；[〇〇24]2)把體積比為6%的PMMA滴在玻璃柵極上，用勻膠機(jī)旋涂一層厚200nm的PMMA，隨后在185 °C的熱板上烘烤90秒，使PMMA中的溶劑迅速揮發(fā);其中，PMMA的旋涂時(shí)間為40s，轉(zhuǎn)速為4000r/min;
[0025]3)通過電子束曝光技術(shù)在柵極上制備若干個(gè)寬度為3微米等寬度的光滑溝槽，溝槽底部為Ti/Au;[〇〇26]4)采用機(jī)械移動(dòng)的方式把單根酞菁銅納米帶放置在溝槽正上方，單根酞菁銅納米帶寬度為800nm;
[0027]5)采用金片貼膜電極法制備源漏電極，完成以氣體為絕緣層的酞菁銅納米帶場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0028]上述各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實(shí)用新型原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于:它包括柵極、支撐 層、源漏電極、微納單晶半導(dǎo)體和氣體間隙絕緣層;所述柵極為襯底，所述柵極上部設(shè)置有 所述支撐層，所述支撐層上部?jī)蓚?cè)各設(shè)置有一個(gè)所述源漏電極，在兩所述源漏電極之間設(shè) 置有所述微納單晶半導(dǎo)體;位于兩所述源漏電極之間的所述微納單晶半導(dǎo)體下方，在所述 支撐層上縱向間隔設(shè)置有若干溝道，相鄰溝道之間形成溝槽；由所述柵極上部、所述微納單 晶半導(dǎo)體下部和所述支撐層中間的溝槽構(gòu)成若干個(gè)所述氣體間隙絕緣層。2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于:所 述柵極表層具有導(dǎo)電特性，導(dǎo)電要求是所述柵極本身導(dǎo)電，或是在所述柵極表層設(shè)置有導(dǎo) 電薄膜。3.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于:所 述氣體間隙絕緣層的寬度為2-5微米。4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定的以氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于:以 氣體為絕緣層的納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件采用微納單晶單根或單晶多根材料制作，或采用 不同的微納單晶制作。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK205645822SQ201620320675
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】塔力哈爾·夏依木拉提, 李文亮, 彭敏, 馮艷, 謝寧
【申請(qǐng)人】塔力哈爾·夏依木拉提